粘接剂对铝合金自冲铆接头力学性能的影响

制备了5052铝合金和8090铝锂合金的同质单搭自冲铆接头和同质单搭粘接-自冲铆复合接头。通过静力学试验获得各组接头的静失效载荷,并计算了各组接头的能量吸收值。分析了各组接头的成形质量及宏观失效机理。结果表明:粘接剂(3MDP100)使5052铝合金自冲铆接头静失效载荷增加了2.30%,使8090铝锂合金自冲铆接头静失效载荷降低了5.37%;粘接剂的使用对接头成形质量影响较大,其相对降低了自冲铆接头的能量吸收值;5052铝合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离;8090铝锂合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离,上板靠近铆钉附近地方发生轻微撕裂且下板出现脱层现象;两种复合接头的失效模式均为下板与铆钉分离以及基板与胶层粘接界面的次价键被破坏。     

泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响

为探究泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响,采用AA5052铝合金作为基板,以单搭形式进行铆接,对比同质AA5052铝合金接头、加入0.5 mm泡沫铜夹层的接头以及加入1.5 mm泡沫铜夹层的接头,通过试验选择各组接头的最优铆接参数,分析了铆接接头截面的成形质量。基于拉伸-剪切试验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式,并分析了其能量吸收性能。结果表明,在AA5052自冲铆单搭接头中加入泡沫铜夹层后的接头成形质量更优,接头的钉脚张开度和残余底厚均增大。拉伸-剪切试验过程中,泡沫铜夹层的加入会使板材弯曲变形程度更大,但降低了最大拉伸位移和能量吸收值。0.5 mm泡沫铜组接头载荷下降,1.5 mm泡沫铜组接头载荷上升。0.5 mm泡沫铜夹层可有效防止接头瞬间失效,具有良好的减震缓冲功能。     

TA1/5A06同质自冲铆接头的力学性能北大核心CSCD

为了进一步研究自冲铆接技术在航空航天领域的应用,选用TA1钛合金和5A06铝合金航空合金薄板材料作为基板,采用自冲铆接技术进行连接,并通过拉伸试验和扫描电镜试验对接头的静力学性能及微观组织进行系统的研究。结果表明:同质接头的成形对称性良好,铆接较硬板材时易出现空腔;基板的自身性能对接头静载强度的影响较大;5A06-5A06接头的失效位移最大,上板拉脱是由于铆钉周围产生了微裂纹;TA1-TA1接头的静失效载荷最大,缓冲吸震性能较好,其接头铆钉的断裂形式为沿晶断裂和显微孔穴聚集共同作用的混合型断裂。     

泡沫金属夹层对压印-粘接复合接头力学性能的影响

为了研究泡沫金属对压印-粘接复合接头力学性能的影响,对5052铝合金进行压印-粘接试验,分别使用泡沫铜和泡沫镍作为复合接头三明治结构的夹层,通过静力学拉伸-剪切试验,对压印-粘接复合接头的接头成形质量参数、接头强度、失效位移、失效模式和能量吸收能力进行研究。结果表明:泡沫金属可以减弱上板挤压下板的扩充力,使复合接头的镶嵌量减小;5052铝合金板材组合压印-粘接复合连接接头的抗拉强度由粘接剂和压印内锁结构共同提供;泡沫铜夹层可以改善压印-粘接复合接头的应力分布,提高其均匀性、稳定性;泡沫镍与胶层结合较好,复合接头的强度较高;泡沫金属对压印-粘接复合接头的能量吸收值有一定程度的影响,当夹层为泡沫镍时,能够大大提升复合接头的能量吸收能力。     

5052铝合金空心铆钉与半空心铆钉的自冲铆接强度对比研究

分别采用高度为7和8 mm的空心铆钉和半空心铆钉对厚度为3 mm+3 mm的5052铝合金板料进行了铆接实验,并通过接头表面和接头截面对各自连接接头质量进行了分析;利用万能实验机对铆接件进行了拉伸实验,并分析其接头失效形式。实验结果表明:半空心铆钉铆接接头质量优于空心铆钉铆接接头,随着铆钉高度的增加两者的接头质量也更接近;半空心铆钉铆接静强度大于空心铆钉铆接静强度。当铆钉高度由7 mm增加到8 mm时,空心铆钉铆接件承受的最大载荷由半空心铆钉铆接件的85%提高到了87%,失效位移由半空心铆钉铆接件的50%提高到了80%。     

5083铝合金自冲铆接成形机理与失效分析

采用不同材质的铆钉及不同规格的下模具研究了5083铝合金自冲铆接头的工艺特点，基于有限元及力学试验结果分析了接头的成形机理、力学性能及失效行为。结果表明，采用36MnB4硼钢铆钉和平模制备的接头成形质量更高。铆钉材质和模具规格均会影响5083铝合金自冲铆接头的成形质量，铆钉材质的优化对成形质量具有更为显著的提升效果。有限元模拟的接头成形截面参数与实际试验截面参数基本一致。成形过程中，铆钉腿与钉头过渡区域为铆钉上的应力集中区域，而被连接板材上的应力集中主要处于塑性变形区域。接头应力集中区域与实际失效特征区域相吻合，5083铝合金自冲铆接头失效形式均为下板与铆钉分离，且接头承载能力越强，失效后的破坏特征越明显。采用36MnB4硼钢铆钉和平模的接头综合性能更优，能够满足相对较高的承载需要，适用于对抗冲击性能要求较高的结构。     

不同结构形式的航空铝合金自冲铆接接头的静失效行为

采用自冲铆接技术制备了5052铝合金在凸底和平底两种模具下的铆接结构。通过改变板材的搭接形式,开展了自冲铆接接头在拉伸-剪切和剥离载荷作用下的力学响应及失效行为分析。结果表明：薄板作为上板铆接可以承受更高的剪切载荷并可增大失效位移。当板厚相同时,平底模具接头的抗剪切能力和抗剥离能力优于凸底模具接头。从宏观角度,凸底模具接头的失效形式主要为纽帽粘附铆钉底部从下板拔出失效,同时有上板断裂失效形式出现;平底模具接头的失效形式为拉脱失效以及上板轻微撕裂而导致的铆钉嵌入下板失效。从微观角度,平底模具剥离接头以上板在铆口的剪切断裂为主要失效原因;对于薄板作为上板的凸底模具单搭接头,失效机理为上板的微孔聚集型韧性断裂;其余因铆钉拔出而失效的接头,其下板铆口处呈现显著的刮擦形貌。     

钢铝合金组合板自冲铆接头的力学性能研究

使用铝锂合金板(AL1420)和镀锌钢板(Q215)制备了自冲铆接头。通过对比试验获得了不同组合形式的接头最优铆接参数。通过拉伸-剪切试验研究了接头的静失效载荷及其能量吸收性能,对接头的失效形式及其宏观失效机理进行了分析。结果表明:钢铝合金不同组合形式的自冲铆接接头均能获得良好的成形性。AL1420-AL1420接头静失效载荷最大;Q215-AL1420接头失效位移最大,其缓冲吸震性能最优。钢铝合金组合接头的失效形式均为下板与铆钉分离;且下板材质对接头的综合性能影响较大。     

粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响

为探究粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响,制备了三明治结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移、抗剪刚度及能量吸收能力,分析接头的失效形式及其宏观失效机理,运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫镍夹层可增大三明治结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂减小了粘-铆复合三明治结构接头的残余底厚量和钉角张开度,但使接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提升了35.5%和30.8%;粘-铆复合三明治接头的失效形式为下板铆接区域板料粘附于铆钉腔内,并随铆钉脱离下板;同时,粘接界面上的次位键断裂。     

TA1铆焊复合接头与自冲铆接头力学性能对比

采用铆焊复合连接技术(对TA1进行自冲铆接后,再对其进行电阻点焊)对TA1钛板进行了连接,通过分析TA1铆焊复合接头与自冲铆接头的载荷-位移曲线和宏观失效形式,比较了TA1铆焊复合接头与自冲铆接头在静力学性能、截面成形、失效机理、能量吸收值等方面的不同。结果表明:铆焊复合接头的平均静失效载荷大于自冲铆接头的平均静失效载荷;与自冲铆接头相比,铆焊复合接头中铆钉与板材、板材与板材之间接触更致密;铆焊复合接头的失效形式为铆钉腿被切断,同时伴随下板撕裂,自冲铆接接头的失效形式为铆钉腿被切断;在能量吸收值方面,铆焊复合接头相比自冲铆接头更大。     

TA1钛合金板异质粘接-自冲铆复合接头力学性能研究

以TA1钛合金异质单搭粘接-自冲铆复合接头为研究对象,通过剖面直观检测法观察了接头成形质量。基于静力学实验对比了各组接头的静失效载荷及能量吸收性能,分析了各组接头失效模式。结果表明:三种粘接-自冲铆复合接头都具有良好的成形质量,其中TA1-5052复合接头钉脚张开度最大,铆钉刺入深度最深;TA1-Q215复合接头的静失效载荷最高,其能量吸收性能最优;三组接头胶层失效形式皆为基板与胶层粘接界面上的次价键被破坏,当上下板屈服强度差别较小时,接头失效形式为内锁破坏失效;反之,屈服强度较低的板断裂。     

钢-钢-铝三层板自冲铆接成形质量及力学性能研究

研究了高强度钢(HC420/780DP)-高强度钢(HC340/590DP)-压铸铝合金(JDA1b和Al Si10MnMg-T7) 3层板预开孔自冲铆接的可行性,并评估了钢板厚度及下层板材料对接头成形质量的影响。通过剪切和十字拉伸试验分析了接头的力学性能,并观察了其失效形式。结果表明:使用上层板预开孔方法能够实现三层板间的自冲铆接;接头切底量随着上层板和中层板厚度的增加而降低,并且中层板厚度对接头切底量的影响更为明显;相比JDA1b压铸铝合金,下层板材料为Al Si10MnMgT7压铸铝合金的接头的切底量更大;接头峰值载荷及能量吸收均随着接头切底量的降低而降低;剪切接头和十字拉伸接头的失效模式均为铆钉与下层板脱离;铝材断裂失效分为脆性断裂和韧性断裂。     

5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接对比研究

对厚度为1.2 mm的汽车用5052H32铝合金薄板自冲铆接和无铆连接进行了对比研究。结果表明:铆钉长度为4 mm时,SPR接头互锁值较小,接头强度及能量吸收值较低,受剪切拉伸时铆钉角易从底层板脱离;铆钉长度为6 mm时,SPR接头底层板的最小剩余厚度较小,有腐蚀风险;铆钉长度为5 mm时,SPR接头强度、能量吸收值及剖面金相参数值为综合最优;无铆连接时,铆点数与接头强度值呈线性关系,与能量吸收值的关系可以通过二次多项式进行拟合。不同铆接方式的接头在横向和纵向受力方向上的强度和能量吸收值基本无差异。无铆连接接头受剪切拉伸时,其失效形式有3种:上层板颈部位置撕裂失效,上、下层板互锁脱离失效,混合失效。单点SPR的静强度等效于2个Clinching铆点,单点SPR铆接能量吸收值等效于3.6个Clinching铆点。     

压铸铝与高强度钢自冲铆接成形质量与力学性能的研究

通过铆接接头截面组织分析和剪切、剥离以及十字拉伸试验，对JDA1b和HC340/590DP(JDA)、AlSi10MnMg-T7和HC340/590DP(ALSI)两种压铸铝和高强度钢自冲铆接的成形质量、力学性能以及失效形式进行了研究。结果表明：与JDA组铆接接头相比，ALSI组铆接接头的切底量较小、成形质量较差，随着下层板厚度的增加，两组铆接接头成形质量均有所下降。ALSI组铆接接头相较于JDA组铆接接头，力学性能和能量吸收较弱。随着下层板厚度的增加，在剪切工况和剥离工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之减小，而在十字拉伸工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之增加，其中ALSI组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值变化更为明显。两组铆接接头的失效形式主要为下层板与铆钉分离，仅有JDA组中下层板厚度为2.0 mm的十字拉伸试样出现了上层板断裂现象。     

连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响,制备了双铆钉搭接长度40 mm的5052铝合金自冲铆接头,其中两组拉伸-剥离试样的基板厚度分别为1.5 mm(DAA)和2.0 mm(BBT),一组拉伸-剪切试样的基板厚度为2 mm(DR)。基于准静态力学试验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:DR组失效载荷约为BBT组的2.8倍,BBT组失效载荷约为DAA组的1.9倍;DR组刚度大于BBT组和DAA组;BBT组弯矩一直大于DAA组。三组自冲铆接头的失效模式为:DAA组、BBT与DR组均为铆钉与上板从下板拉脱,上板两个铆钉头下陷。BBT组能量吸收值约为DR组的1.2倍,约为DAA组的1.9倍。     

电磁铆接试样质量分析

采用试验方法,通过电磁铆接和气动铆接方式,对铆接试样从铆钉宏观变形和微观连接方面进行质量对比分析。结果表明,与气动铆接相比,电磁铆接能一次成形,铆接试样钉杆变形均匀,波动度小,铆接质量稳定,不易出现钉头被铆歪、开裂等现象。在铆钉成形钉头与铝合金板连接处,电磁铆接铆钉变形较气动铆接剧烈。在铆钉钉杆与铝合金板连接处,电磁铆接试样铆钉与铝合金板连接的紧密程度要好于气动铆接。在铆钉钉杆与复合材料连接处,电磁铆接铆钉对复合材料的挤压程度要小于气动铆接,未出现复合材料分层和开裂。     

钛铝同异种合金热熔钻铆接头的力学行为及失效机理

以TA1钛合金和5A06铝合金作为实验板材,采用热熔钻铆技术进行连接,通过静拉伸实验和扫描电镜实验对接头的静力学行为及失效机理进行了系统的研究。结果表明：当铝板在下进行铆接时,更有利于形成长而厚的衬套,成形质量更佳,且钛板在上时板材与铆钉间螺纹的啮合程度较低;FTT接头的力学性能最佳并具有最高的缓冲吸震性能,FAT接头的力学性能远高于FTA接头;铝板为下板时,失效形式为典型的韧性断裂特征,铝板为上板时,失效形式呈现脆性断裂特征;钛板断口呈现出剪切断裂和韧性断裂共同作用的混合断裂形式;FAA接头的钉头几乎未损伤,FTT接头的钉头受损严重。     

航空铝合金自冲铆接接头微观失效研究

采用自冲铆接技术实现了2A12和6061航空铝合金薄板材料的有效连接,通过进行拉伸-剪切测试,从宏观层面分析了接头静失效形式,从微观层面研究了接头拉脱失效和基板断裂失效机理。结果表明：航空铝合金自冲铆接接头的主要静失效形式为拉脱失效,并有接头伴随纽扣脱落现象,同时有上板断裂和下板断裂的失效形式出现。对拉脱失效机理进行分析,从宏观上发现接头有明显的刮蹭和大幅的塑性形变;从微观上发现,上板的断裂失效机理为沿晶断裂和局部显微孔洞聚集,下板的断裂失效机理为板材上下边缘区域以剪切断裂为主、靠近试样厚度中心区域以微孔洞聚集型正断为主。     

粘-铆复合"三明治"结构自冲铆接头的力学性能研究

为了探究粘接剂对"三明治"结构自冲铆接头性能的影响,制备了"三明治"结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,观测了接头的成形特征并分析了其成形机理。通过拉伸-剪切试验和剥离试验研究了接头的刚度、静失效载荷及能量吸收能力。结果表明:泡沫镍夹层可增大"三明治"结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂的润滑作用减小复合"三明治"结构接头的残余底厚和钉角张开度,粘铆复合接头的失效位移和能量吸收值降低;粘接剂使单搭接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提高54.6%和27.5%,同时使十字接头的拉压刚度提高115.5%。     

折弯长度与铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究折弯长度及铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响,采用最优铆接参数制备了两铆钉折弯长度分别为20 mm(AAT)和40 mm(DAA),单个铆钉折弯长度为40 mm(SAA)三组5052铝合金T型自冲铆接头。基于拉伸-剥离实验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。对自冲铆T型接头所受弯矩进行了分析,推导出T型自冲铆接头弯矩计算公式。结果表明:AAT组失效载荷约为DAA组1.1倍,DAA组失效载荷约为SAA组2倍;三组自冲铆接头失效模式分别为:DAA组与SAA组均为铆钉从下板拉脱,AAT组仅有1个铆钉从上板拉脱;DAA组能量吸收值约为AAT组的1.5倍,约为SAA组的1.9倍。