基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响及其失效机理

分别对三组不同厚度的5052铝合金板连接成的自冲铆接头进行了拉伸-剪切试验,研究了基板厚度对自冲铆单搭接头静力学性能的影响,并运用扫描电子显微镜对接头断口进行了微观分析,研究其静态失效机理。结果表明:对于5052铝合金自冲铆单搭接接头,基板厚度的增加有助于提高接头的各项力学性能。从失效模式来看,自冲铆基板厚度对接头的宏观失效模式没有影响,但对接头的破坏程度有影响。从失效机理来看,各接头基板均呈现出明显的韧性断裂特征。     

铝合金自冲铆接头静力学性能及失效机理分析

选择不同结构的自冲铆接头,进行静力学测试获得其静力学性能. 采用学生氏t分布对试验数据进行统计分析,以检验数据有效性. 选择宽板接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,从而研究接头失效机理. 结果表明,板材宽度和铆钉数量的增加均可有效增强接头静力学性能,其中铆钉数量的影响程度更为突出. 接头宏观静态失效模式均为下板脱离,板材宽度和铆钉数量会影响基板变形程度. SEM分析表明,上板主要承受拉伸,断裂部位呈现韧窝结构,最终影响接头失效位移. 下板承受拉伸和压缩,其变形特征对强度和位移均有影响.     

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。     

盐溶液周浸试验对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响

为探究盐溶液周浸试验对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响,对用平模(PFS)和凸模(TFS)铆接的试件进行盐溶液周浸试验,并按不同时间段取出进行称重和拉伸-剪切试验,结果表明:腐蚀试验前后,PFS和TFS试件在各阶段的重量均值均有所变化,说明试件已经发生腐蚀;接头在拉伸-剪切试验过程中失效模式均为下板与铆钉分离,且随着时间的增加,拉伸失效模式并未发生改变;接头的接触部分由于形成了盐薄夹层,使得失效峰值载荷呈现先平稳后上升最后下降的趋势,且下降速率明显大于上升速率;能量吸收值呈现先下降后上升再下降趋势,且后期下降速率明显大于前期下降速率。     

AA5052自冲铆接头成形质量及其静力学性能研究

通过改变整形力、刺穿力及行程研究铆接工艺参数对AA5052自冲铆接头性能的影响,进而探究接头成形质量及其对接头静力学性能的影响。结果表明:接头失效模式均为下板与铆钉分离,这是由于在拉伸-剪切试验过程中,位于下板内部的机械内锁遭到破坏,铆钉从下板拉出。在一定范围内,随着整形力的增加钉头高度逐渐减小,接头表面越平整,内锁长度却逐渐增加;随着刺穿力的增加,钉脚张开度减小,但内锁长度却逐渐增加,可形成较好内锁值;随着行程增大,钉脚张开度随之增大,内锁长度也会增加,接头可形成较好的机械内锁且具有较好的密封抗蚀能力。整形力对AA5052自冲铆接头静力学性能影响最低,刺穿力和行程均对试件的拉伸载荷和能量吸收能力有显著影响。     

酸性腐蚀环境下铝合金自冲铆接头的静力学性能研究

以0. 02 mol·L~(-1)的Na HSO3溶液作为酸性腐蚀液对5052铝合金(AA5052)自冲铆试件进行干湿周浸腐蚀实验,通过失重法、静力学测试和电镜扫描(SEM)研究酸性腐蚀环境对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响,并从宏观与微观两个方面分析接头失效的机理。腐蚀实验结果显示,随着腐蚀周期的延长,腐蚀产物不断增多,试件失重量增大,腐蚀速率减小,试件表面出现凹坑与凸起,数量不断增加,程度持续加剧;静力学测试中,接头失效形式未发生显著变化,静力学强度呈下降趋势,能量吸收值呈先上升后下降趋势; SEM实验分析得出,板材接触区腐蚀产物增多,上板断裂部位组织呈抛物线状韧窝特征,破坏路径由接头中心向两侧边扩展。由于腐蚀产物的存在,下板铆孔区域损伤严重。     

粘接剂对自冲铆接头强度影响

对Y2纯铝板单搭自冲铆接头、粘接接头与自冲铆-粘接复合接头分别进行拉伸剪切试验,研究粘接剂对单搭自冲铆接头强度和能量吸收能力的影响,并分析接头破坏模式和失效机理。结果表明:粘接剂的使用对单搭自冲铆接头强度有一定程度的提高作用,但是对能量吸收能力有一定程度的减弱作用。在自冲铆-粘接复合接头中,粘接剂对自冲铆接头的破坏模式无影响,铆接对粘接层的破坏模式也无影响。选用合适的粘接剂,单搭自冲铆-粘接复合接头的综合性能优于自冲铆接头和粘接接头。因此,自冲铆和粘接的组合可以获得良好的连接结构。     

自冲铆接头组织及性能分析

分析了有铆自冲铆接和压印连接的工艺特点,对比了两种不同连接方式的接头抗拉伸-抗剪强度;利用阳极化覆膜的方法制备接头金相试样,对接头机械自锁区材料的组织及流向进行观测.结果表明,有铆自冲铆接的抗拉伸-抗剪强度高于压印连接.机械连接导致的材料塑性变形,使晶粒由母材区的等轴状逐渐向纤维状过渡,依据晶粒分布特性,将有铆自冲铆接头截面划分为:母材未变形区、上板内锁区、下板内锁区、上板过渡区、下板过渡区、塑性影响区.在接头自锁区附近由于纤维组织的形成,使金属的性能产生各向异性,沿纤维方向的强度和塑性将高于垂直方向.     

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。     

钛合金同种自冲铆接头的拉伸与剥离性能

为了分析钛合金(TA1)同种自冲铆单搭和T型两种接头的静力学性能,分别对两种接头进行了拉伸和剥离试验,并通过SEM扫描电镜对两种接头的失效部位的微观形貌进行了观察。结果表明:TA1+TA1的T型接头剥离时所承受最大载荷均值(1211.0 N)小于单搭接头拉伸时所承受最大载荷均值(4706.5 N)。单搭接头和T型接头的主要失效形式皆为下板拉脱使机械内锁失效,且下板皆有不同程度的刮擦损伤痕迹;特别是TA1+TA1单搭接头的铆钉管腿处出现不同程度的断裂,铆钉主要断口微观形貌为典型的沿晶断裂;T型接头下板存在很大的刮擦损伤。     

盐溶液周浸试验中同种/异种自冲铆接头静力学特征

为探究盐溶液周浸试验中同种/异种自冲铆接头静力学特性,分别对DP590-5052(D-5)组和5052-5052(5-5)组两组接头采用盐溶液周浸腐蚀试验,并对腐蚀后试样进行失重分析和力学测试。结果表明:腐蚀试验前后,各组试样质量均有不同程度的变化,试样已发生了腐蚀,且随腐蚀时间增加,腐蚀速率逐渐变缓;自冲铆接头的搭接区域较板材其他区域更容易发生腐蚀,D-5接头在腐蚀0 h时和360 h时部分试样为铆钉从下板拉出,下板未被撕裂,其余下板均在铆钉接触区呈现不同程度的撕裂纹,且随着腐蚀时间的增加,下板的撕裂纹更加明显,5-5的拉伸失效形式则未随腐蚀时间的变化而变化,均为铆钉从下板拉出失效;两组接头的失效峰值载荷和能量吸收值均在下降前呈现出短暂的上升,D-5比5-5腐蚀效果更为明显。     

铆接力对铝/钢自冲铆接头几何特性的影响

以铝合金为穿孔板、以低碳钢为锁紧板,对其进行了自冲铆连接。观察、分析了接头横断面几何特性随铆接力的变化。随着铆接力的增大,铝合金与钢自冲铆接头的喇叭口直径、铆钉腿展开度、切入量均呈增大趋势,而下板凸起高度、底角余量则呈下降趋势。在16～24 kN铆接力范围内,铝合金与钢自冲铆接头的底部厚度变化较小,当铆接力大于24 kN,底部厚度随铆接力的增大突然下降。结果表明:铝合金与钢自冲铆接头的抗剪载荷随着铆接力的增大呈先增大后下降的变化趋势,铆接力为24 kN时接头抗剪载荷达到最大,约为5.88 kN。     

异种金属材料自冲铆接头位置对疲劳强度的影响

为了提高结构件的疲劳性能,基于大量实验研究了自冲铆接头位置布置对剪切结构件疲劳强度的影响。通过改变铆钉个数、搭接尺寸、最大循环载荷、铆钉到板长及板宽的边距等因素,对12种不同铆接位置的结构件进行了静力学实验,并在此基础上进行疲劳实验。实验结果表明:在搭接尺寸不变的情况下,铆钉到板长或板宽的距离过大或过小均会降低结构件的疲劳强度;结构件疲劳寿命随最大循环载荷的减小而增大;在一定范围内,结构件疲劳强度随搭接尺寸的增大而增大,随后呈降低趋势;二钉结构件的疲劳寿命显著高于单钉结构件的疲劳寿命,但并不随铆钉个数呈倍数的关系增长。     

铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理

自冲铆是轻量化材料的有效连接技术,为促进该技术的广泛应用,文中基于两组铝合金自冲铆接头,采用疲劳测试、统计方法、断口分析和X-射线能谱仪元素分析,获得接头疲劳特性和断口典型部位微观组织特征,从而对铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理进行研究。结果表明,随着疲劳载荷降低,接头疲劳寿命稳定性和相对滑移量下降。由于多铆钉接头有效减小了应力集中,其疲劳强度比单铆钉接头提高了31.36%~23.14%,且多铆钉接头的疲劳寿命稳定性较高。多铆钉接头中存在首要和次要承载顺序,疲劳断裂表面为首要承载顺序所在位置。接头疲劳宏观失效模式均为下板断裂,疲劳裂纹主要萌生于铆钉管腿与下板接触部位,微振磨损区域自铆钉管腿底部向铆钉头方向生长。减缓该部位的摩擦作用,可有效延迟疲劳裂纹萌生和减缓裂纹扩展,从而提高接头疲劳寿命。     

铆钉硬度对铝合金/钢自冲铆接头特征参量与性能的影响

采用不同硬度的铆钉(H1-42 HRC,H2-36 HRC和H3-33 HRC)及不同的铆接力对A5052铝合金与Q235低碳钢进行了自冲铆连接,测量了接头横断面上的各特征参量,并分析了其与铆钉硬度和铆接力的关系。研究了铆钉硬度和铆接力对接头抗剪载荷与十字抗拉载荷的影响。结果表明：随铆接力的增大,H1接头抗剪载荷逐渐增大,H2与H3接头抗剪载荷呈先增大后降低的变化趋势。当铆接力为24 kN时,H2和H3接头的抗剪载荷达到最大值,分别为6.29和5.75 kN。以接头的抗剪载荷与十字抗拉载荷为评价指标,铝合金与低碳钢自冲铆连接时采用H2铆钉(36 HRC)较合适。     

铆向对双铆钉自冲铆接头拉伸及剥离性能的影响

为了探究铆向对自冲铆接头力学性能的影响,制备了不同铆向组合的双铆钉自冲铆接头。在拉伸-剪切试验后,观察了各组接头的宏观失效形式并分析其失效机理。同时运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行了研究,对接头的能量吸收值进行了计算。结果表明:铆接方向影响接头的失效形式及变形程度,影响接头的力学性能。铆向相反的单搭双铆钉接头具有更优的承载能力,其失效位移为9.2 mm,比同向单搭接头组增大了16.5%。铆向相同的双铆钉T型接头静失效载荷略大于铆向相反的接头组,铆向对剥离测试中接头的失效位移影响不大。铆向相反的单搭双铆钉接头能量吸收均值较铆向相同的单搭双铆钉接头提升16.1%;铆向相同的双铆钉T型接头能量吸收均值达57.1 J,比铆向相反的T型接头提升2.9%。     

退火处理对钛合金自冲铆接头疲劳特性的影响

对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理,并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验;采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合,得到热处理前后接头的F-lgN曲线;运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断口进行微观观察,并对比分析去应力退火对接头疲劳特性的影响. 结果表明,铆钉断裂为接头在疲劳试验中的主要失效模式;去应力退火对接头疲劳失效模式有很大影响,使得接头在疲劳试验中的薄弱环节具有由铆钉向基板转变的趋势;去应力退火热处理提高了接头在中等寿命区的疲劳特性,但降低了钛合金自冲铆接头在长寿命区的疲劳特性.     

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。     

钛合金自冲铆接头微动磨损机理及疲劳性能

对钛合金同种TA1-TA1（TT）及异种TA1-Al5052（TA）,TA1-H62（TH）自冲铆接头进行疲劳试验,用扫描电子显微镜对断口及微动区进行观测研究其微动磨损机理,并研究下板强度对接头疲劳寿命和失效形式的影响.结果表明,断口裂纹萌生区即为微动磨损区.微动磨损导致微动区亚表面产生微裂纹并逐步扩展为宏观疲劳裂纹导致接头最终失效;微动磨屑在微动磨损过程中主要起减轻磨损作用.总体上TT接头具有最优疲劳性能,疲劳载荷较高时TA接头疲劳性能优异,疲劳载荷较低时TH接头疲劳性能优异.两板强度相当且疲劳载荷较高时失效形式主要为铆钉断裂,疲劳载荷较低时失效形式主要为下板断裂;而下板强度与上板强度相差较大时,疲劳失效形式为下板断裂.     

钛合金异质T型自冲铆接头的剥离性能研究

对TA1钛合金板及与1420铝锂合金板(AL1420)、5052铝合金板(AA5052)、镀锌钢板(Q215)和铜合金板(H62)的异质T型自冲铆接头进行剥离试验,观察了各组接头的成形质量。分析了接头的力学性能和能量吸收值。结果表明:自冲铆接技术能够实现TA1异质板材的有效连接,其中TA1-Q215接头的最大剥离载荷高于其余3组接头,TA1-AL1420接头能量吸收性能最优。