胶层Ⅰ/Ⅱ型断裂破坏内聚单元参数的确定和应用

建立了铝合金板单搭接胶接接头的三维弹性有限元模型,通过与G-R解析模型的胶层剪应力和剥离应力分布对比分析,验证了有限元模型的有效性。经有限元仿真拟合铝合金板单搭接胶接接头静拉伸试验的载荷-位移曲线,获得了胶层Ⅰ/Ⅱ型混合失效模式下内聚力单元的断裂参数值和胶层渐进破坏的过程,将胶层内聚力单元断裂参数值应用于含双裂纹复合材料胶接修补结构中,预测了修补结构的静拉伸强度。结果表明,有限元模型预测的剩余强度与实验值的相对误差为3.8%,因此运用内聚力单元仿真胶层的方法是有效的,并为复合材料胶接修补结构的承载能力分析提供了有力的依据。     

复合材料L型接头的损伤与破坏模式研究

建立了渐进损伤模型模拟接头失效,模型中采用改进的Hashin损伤准则及Apalak刚度退化模拟L筋条及蒙皮的损伤和渐进失效,胶层失效通过内聚力单元进行模拟,并预估L型接头的最终破坏载荷。结果表明:建立的渐进失效模型可以较准确地模拟L型接头的拉伸破坏过程,L型接头的失效主要包括胶层的开裂、填充区底部基体的拉伸破坏和蒙皮层的分层破坏。     

记及压应力的内聚力单元及其厚度对复合材料分层损伤预测的影响

内聚力单元可以同时预测分层的起始和扩展,但单元尺寸对计算结果影响较大,而且无法模拟压应力导致的界面失效。首先,建立不同内聚力单元计算厚度的双悬臂梁模型、端边加载模型和冲击动力学模型,模拟分层损伤演化过程,研究内聚力单元厚度对载荷-位移曲线和界面损伤面积的影响;然后,通过子程序自定义内聚力单元的本构关系,考虑压缩应力引起的复合材料层间界面失效;最后,分析考虑压应力引起的界面层失效对复合材料冲击响应的影响。计算结果表明:内聚力单元厚度对界面层的损伤面积影响明显;相同的载荷条件下,内聚力单元厚度越大,界面损伤面积越小;考虑压缩应力引起的界面层失效,界面损伤面积较大且界面失效包含压缩和剪切两种失效模式。     

湿热循环老化对异种基材接头力学性能影响研究

开展钢/铝粘接接头在湿热环境下的耐久性研究,选择0°单搭接接头、45°嵌接接头和90°对接接头,研究不同老化周期对接头粘接强度、失效位移、失效模式和接头刚度的影响,最后使用最小二乘法拟合出剩余强度与老化周期之间的关系曲线。研究结果表明:随着老化周期增加,粘接强度逐渐降低,经过60周期老化,45°接头粘接强度衰减最多,0°接头失效形式由内聚失效转变为界面失效为主的混合失效,45°接头失效形式由内聚失效转变为界面失效,90°接头失效模式由内聚失效转变为内聚失效为主的混合失效;老化后0°和45°接头刚度显著降低,但90°接头刚度几乎没有变化;指数函数与试验数据吻合较好。该规律可作为粘接强度预测模型,指导胶粘剂的工程应用。     

有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳寿命预测

通过对有拧紧力矩复合材料单钉接头疲劳加载过程应力分析及材料三维疲劳失效准则损伤判定,并结合建立的疲劳加载材料退化模型、材料性能退化方法及复合材料接头最终失效判据,建立了基于三维累积损伤分析的层合板接头疲劳载荷作用下寿命预测方法。最后,对拉-拉疲劳载荷作用下有拧紧力矩层合板接头的疲劳寿命及破坏模式进行了模拟分析,并与试验结果进行了对比,结果表明,建立的寿命预测方法能够很好地预测有拧紧力矩复合材料单钉接头的寿命以及破坏模式。     

Ti-AFRP胶接接头失效过程实验和仿真分析

制备搭接长度为60 mm的钛合金-芳纶纤维编织复合材料单搭接接头,利用DIC、万能试验机等对接头极限载荷与拉伸应变进行表征,同时采用VUMAT子程序模拟芳纶纤维编织布层内损伤和演化,使用Cohesive Zone Model模拟胶层和层间失效.将试验和仿真方法相结合,研究钛合金和芳纶纤维编织复合材料胶接接头表面和内部应...     

基于ANSYS的复合材料层合板的拉伸失效模拟

基于ANSYS的APDL语言开发复合材料层合板的拉伸失效模块,实现有限元分析的参数化建模和累积失效分析.采用Solid64宴体单元建立复合材料层合板的三维模型,依据改进的三维Haisin失效准则对结构单元进行失效判断,并对失效单元进行刚度退化.当失效单元贯穿所有单层时,复合材料层合板结构彻底失效.通过对铺层方式为[0/45/-45/90]s复合材料层合板结构拉伸模拟,探讨其拉伸破坏形式,得到层合结构的最终拉伸强度,并把其拉伸强度与文献实验结果进行对比,得到的结果与实验一致.该方法简便直观,便于工程运用.     

复合材料胶接单搭接连接强度与失效模式研究

以Tserpes失效准则及其材料性能退化准则为基础,利用ANSYS建立几何模型进行有限元分析,针对模型进行相应的试验验证,以探究各参数对复合材料胶接单搭接连接强度的影响,并得到不同参数下的胶接失效模式。结果表明:复合材料与复合材料单搭接的强度高于钛合金与复合材料单搭接的强度;随着胶接长度、胶接宽度的增大,胶接接头的连接强度呈现先增大后减小的趋势;同时发现,在静拉伸过程中,钛合金与复合材料单搭接的失效模式主要为胶层的粘附破坏,复合材料与复合材料单搭接的失效模式主要为混合破坏,表现为复合材料紧邻胶层的第一层和第二层发生铺层基体开裂与分层破坏,同时胶层发生部分粘附破坏。     

含有孔洞缺陷的复合材料粘结层的失效表征

复合材料的层间开裂是复合材料破坏失效的主要形式。复合材料中粘结层的粘结强度对材料整体强度具有直接影响,而实际的工业生产中粘结层会不可避免地存在孔洞缺陷。通过有限元仿真、双悬臂梁(DCB)拉伸实验及内聚力参数反演辨识等工作对含有孔洞的粘结界面的失效表征进行了研究。对比了双线性内聚力模型和多线段插值型内聚力模型在当前问题的应用情况。其结果表明,多线段插值型内聚力模型的模拟结果更好,更适用于复合材料层间开裂的失效预测。     

碳纤维增强聚苯硫醚复合材料感应焊接研究

以碳纤维/聚苯硫醚(CF/PPS)层合板为研究对象,采用DOE方法优化设计感应焊接实验方案,研究焊接接头性能,并对其截面和断口形貌进行观察,揭示焊接工艺参数对焊接接头性能的影响机制。结果表明,通过DOE方法获得最佳焊接工艺参数(功率2.0kW、压力1.5MPa、时间3.0min),焊接接头最大单搭接剪切强度为13.87MPa,与实验验证结果(13.25MPa)相近;接头剪切强度随着焊接工艺参数值的增加,均呈现先增大后减小的变化趋势;在最佳焊接工艺参数下,焊接接头结合紧密,失效形式为不锈钢网的撕裂与纤维的断裂拔出,呈现出高剪切强度;而在过低或过高焊接工艺参数下,界面脱黏为主要失效形式,剪切强度较低。     

折曲胶接接头应力分布的数值分析

运用有限元法研究了偏轴、同轴和折曲型等三种单搭接胶接接头的工作应力分布规律。结果表明：与其他两种接头相比,折曲型单搭接胶接接头可有效降低搭接区端部的剥离应力和剪切应力峰值;在数值分析所用参数及条件下,Ⅰ型折曲接头的剥离应力降幅超过了75％,其他峰值应力的降幅也超过了45％～50％,并且应力分布趋于均匀;Ⅰ型折曲接头使出现应力峰值的位置从搭接区的端部转移至中部,从而显著提高了接头的承载能力,是一种优于普通同轴接头的胶接接头形式;对于受剪切载荷作用的接头而言,采用Ⅱ型折曲接头更为合理,可进一步提高接头承受剪切载荷的能力。     

湿热环境对铝合金接头性能的影响

选择单搭接接头,研究高铁车窗使用胶粘剂的耐候性,分别进行不同循环老化周期耐候性试验,研究不同老化周期对粘接性能的影响。通过对老化前后粘接接头准静态拉伸试验,确定其衰减比率和失效模式,并使用扫描电镜对失效接头断面进行表征。最后使用最小二乘法拟合出剩余强度与老化周期之间的关系曲线。研究结果表明:随着老化时间的增加,粘接强度退化明显,说明环境因素对粘接强度产生巨大影响。     

CFRP与铝板胶螺混合连接结构拉伸性能研究

基于三维渐进损伤理论,建立了复合材料层合板-铝板双搭接胶接连接、螺栓连接、胶螺混合连接结构拉伸强度预测模型,数值仿真结果与试验高度吻合,验证了所建模型的可行性。在此基础上,探究了搭接宽度、搭接长度、胶层厚度、接触面摩擦系数和螺栓个数等参数对胶螺混合连接结构拉伸性能的影响。结果表明:随着搭接宽度和搭接长度的增加,接头失效载荷先逐渐增加后趋于稳定,最优搭接宽度和搭接长度为30 mm和35 mm;胶层厚度对混合连接结构的拉伸失效载荷基本没有影响;胶螺混合连接结构中螺栓接头和层合板之间、螺栓与孔之间的摩擦系数越大,连接结构的拉伸失效载荷越大;在搭接区域相同的情况下,双钉混合连接结构的拉伸失效载荷比单钉的拉伸失效载荷提高了69%。     

超低渗透油藏流动单元剩余油分布研究

以华庆油田白155井区长63油藏为例,应用流动单元方法研究超低渗透油藏储层剩余油分布规律.在流动单元划分中选取了流动层指数、渗透率、流动系数、孔隙度及泥质含量5个参数,应用聚类分析法将储层划分为Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ三类流动单元,优选出序贯指示模拟方法对流动单元进行了井间预测,建立了流动单元三维地质模型.研究表明,流动单元三维地质模型可以将岩相模型不能区分的隔层和夹层区分开.由流动单元约束下的数值模拟结果:剩余油主要富集在物性、渗透性相对较差的Ⅱ、Ⅲ类流动单元区.Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ三类流动单元生产历史与剩余油分布吻合性好,为油田开发调整提供了重要的动态依据.     

胶厚对钛合金-复合材料接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备了不同胶层厚度的单搭接接头。利用DIC与万能试验机对接头进行了拉伸-剪切性能测试,研究了不同胶层厚度异质材料的接头胶接性能、应变场与破坏模式的变化规律,分析了在拉伸载荷下,不同胶层厚度接头的失效特点。结果表明,当胶层厚度由0. 2 mm增加至1. 2 mm时,接头极限载荷由6. 13k N降低至5. 89 k N,损伤后剩余强度降低,薄胶层接头出现渐进失效;复合材料端头高剥离与拉伸应变区域面积增加,厚胶层与被胶接件一同变形,导致接头提前失效;钛合金-胶层界面破坏模式增多,芳纶纤维复合材料层间破坏模式减少;接头在发生复合材料层间破坏后,仍能够保持较高的剩余强度,当钛合金-胶层界面遭到破坏后,易整体失效。     

基于有限元方法的单搭接接头可靠性设计

将概率统计的设计观念引入单搭接粘接接头,通过有限元分析方法分析了对粘接接头力学性能影响较大的因素,并在抽样100次的情况下,分析了单搭接粘接接头失效的概率。结果表明,该模型可以有效地反映接头的实际情况,为粘接结构的可靠度设计提供了依据。     

垫片尺寸对碳纤维复合材料螺栓连接单搭接挤压强度影响研究

针对碳纤维复合材料单搭接螺栓连接结构,研究不同垫片外径对螺栓连接的挤压强度及损伤的影响,并仿真分析其失效模式。发现在单搭接螺栓连接结构中,加入垫片可以提高连接的挤压强度,且强度随着垫片外径尺寸的增加而增加。当垫片外径从11.8 mm逐渐增加到13.8 mm、15.8 mm和17.8 mm时,挤压强度分别在前一基础上提升了5.76%、5.87%和2.4%。试验结果表明垫片外径增加到一定程度时,挤压强度的增强效应开始减弱,但对失效模式并没有影响,仍为挤压失效模式。在Abaqus有限元软件中建立碳纤维复合材料单搭接螺栓连接三维有限元模型,引入含拉伸分层损伤、压缩分层损伤的三维Hashin准则和改进了的Tan、Tserpes材料刚度退化模型,仿真得到的载荷-位移曲线和失效模式与试验结果相吻合。     

增韧复合材料的G_Ⅰ断裂韧性有限元模拟

采用Abaqus有限元仿真软件建立二维壳单元模型以及内聚力模型,运用双线性本构模型以及二次名义应力准则,对以聚酰亚胺为增韧层的复合材料进行GⅠ断裂韧性模拟,同时通过改变法相刚度、能量释放率等参数探讨对复合材料性质的影响。结果表明,模拟结果与实际情况在曲线趋势上大体一致,随着能量释放率的增大,层间韧性也随之增大,主要是纤维的抽拔、断裂等塑性屈曲对能量的吸收所致。而法相刚度对于层间失效后的脆性断裂影响显著,较大的法相刚度会导致载荷-位移曲线上下波动较大,呈现出层间脆性特性。     

聚乙烯及其复合管道安全检测与评价方法

聚乙烯及其复合管道广泛应用于油气输送、城市燃气等能源领域,其安全性至关重要。焊接接头的安全检测及评价是聚乙烯及其复合管道系统安全的关键技术。介绍了聚乙烯管道焊接接头的无损检测原理及方法、冷焊检测技术以及缺陷分类与失效模式三方面内容。对电熔和热熔焊接接头分别采用超声相控阵和耦合聚焦技术进行超声检测,并给出了缺陷剖切与检测结果的对比图。提出了物理概念清晰、工程应用方便的冷焊超声检测方法。将电熔接头中的缺陷分为熔合面缺陷、孔洞、结构畸变和过焊。分别对含不同类型和大小缺陷的电熔接头进行力学性能测试,发现电熔接头存在三种典型的失效模式,即沿电熔套筒壁贯穿裂纹失效、熔合面失效以及沿电阻丝所在平面贯穿裂纹失效。根据试验测试与理论分析结果,提出了相应的安全评定方法。所提出的方法,填补了国内外在聚乙烯管道安全检测与评价方法方面的技术空白,提高了燃气管道的本质安全性。     

热空气老化对橡胶地板布焊接接头性能的影响

研究热空气老化（70 ℃×14 d）对焊接参数不同的Ⅰ和Ⅱ组橡胶地板布焊接接头性能的影响以及进行焊接接头焊缝的差示扫描量热（DSC）和拉曼光谱分析。热空气老化试验得出,Ⅰ组橡胶地板布焊接接头的拉伸试样从焊缝处熔断,Ⅱ组橡胶地板布焊接接头的拉伸强度减小12%;DSC分析得出,Ⅰ组橡胶地板布焊接接头焊缝在65.6 ℃时热流率发生转变,在67.2 ℃时存在明显吸热峰,即焊缝发生粘流态转变,Ⅱ组橡胶地板布焊接接头焊缝和Ⅰ组橡胶地板布焊接接头母材在25～110 ℃中均未见明显吸热峰;拉曼光谱分析得出,Ⅰ组橡胶地板布焊接接头焊缝在1 056 cm-1和1 118 cm^-1处的特征峰强度明显减小。这是热空气老化过程中橡胶分子链发生交联与裂解反应导致的。