钢/铝异种材料连接接头的强度及失效模式

铝合金在汽车车身材料中的应用是实现汽车结构轻量化的重要途径,而钢/铝异种材料连接方法的研究则是解决铝合金在汽车车身材料中应用的关键.本文对近年来钢/铝异种材料连接方法的研究成果进行了总结,涉及的连接方法包括电弧熔钎焊、激光焊接、电阻点焊和搅拌摩擦焊等;重点讨论了文献中钢/铝异种材料连接接头在静拉伸载荷作用下的强度和失效模式,以方便设计人员根据实际生产的需要进行相应的选择;还讨论了钢/铝异种材料连接方法的发展趋势.     

碳纤维布胶接增强铝合金梁抗弯性能研究

铝合金作为一种高强轻质材料,其应用越来越广泛,但其弹性模量不足钢材的1/3,使铝合金梁容易在受弯过程中产生过大的变形而超出刚度设计标准.通过对3组6根不同形状和尺寸的、用CFRP材料增强铝合金试件梁进行抗弯性能试验,研究其变形和破坏特征,分析其强度、刚度的改善情况及影响其抗弯性能的因素.结果表明,用CFRP材料增强的铝合金梁,在弹性阶段其强度可提高31.2%～64.7%,刚度可提高7.8%～24.6%;至梁破坏时其强度可提高12.7%～43.6%,刚度可提高44.4%～71%.     

温热成形对AA5754铝合金静态力学性能的影响

通过高温预拉伸试验和室温拉伸试验分析了温热预变形对AA5754铝合金失效应变、抗拉强度、屈服强度的影响规律。建立了损伤耦合预变形本构模型,以表征不同预应变材料的静态力学性能。以车门防撞梁为例,应用该本构模型分析了热冲压过程中的预变形和厚度变化对其弯曲性能的影响。结果表明:温热预变形会直接降低AA5754铝合金的静态力学性能;300℃下0.7的应变比率使试样的失效应变和抗拉强度分别减少了62%和16%;本文所建立的本构模型可以准确地预测温热成形对AA5754铝合金静态力学性能的影响。     

基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限预测

针对应用拉伸失稳理论和缺陷理论获取铝合金成形极限图(FLD)的局限性,提出了一种基于延性损伤和剪切损伤的铝合金成形极限的获取方法。通过在损伤过程中引入裂纹状态变量,将FLD的获取转化为计算板材在不同应变路径下断裂时对应的极限主应变。本文以5083-O铝合金为例,设计了简单的缺陷试样加载试验和缺口试样纯剪切试验,利用有限元仿真的方式获取了材料在不同应变率下失效时对应的应力三轴度和剪应力比。通过圆顶冲头涨形的数值模拟,获取了板材在不同应变路径下断裂时对应的冲头行程、极限厚度和断裂成形极限图(FFLD),并与试验结果进行对比。结果表明:数值模拟获取的板材成形极限和试验结果基本吻合。将本文获取的FFLD应用于高速动车组司机室覆盖件的冲压成形效果分析中,预测的成形工件的失效形式和断裂位置与试验结果相吻合。     

铝合金汽车车身点焊电极失效机理及延寿技术研究

通过试验对铝合金车身点焊电极烧损的失效机理进行了分析。点焊时,由于电极和铝合金工件间的不均匀点接触引起的局部强烈反应,加快了电极的烧损失效速度。利用点焊时的加压作用和其产生的电阻热,在铝合金点焊电极端面成功制得Cu-Ti-B复合涂层,该复合涂层可减轻电极的烧损,延长电极的使用寿命。     

铝合金汽车轮毂发展及其生产工艺

随着科学技术的发展,越来越多先进的材料和技术并应用于现代汽车制造业当中,轻量化成为当前汽车制造业发展的主流趋势,铝合金汽车轮毂重量轻、性能好,符合当前汽车轻量节能的趋势.尽管铝合金汽车轮毂应用时间较短,但是发展迅速,铝合金汽车轮毂在性能上有很大的优越性,应用前景十分广泛.本文主要研究了铝合金汽车轮毂的发展,并分析了铝合金汽车轮毂的性能特点及其生产工艺.     

基于连续介质损伤力学预测7075铝合金热冲压成形极限图

针对应用试验方法获得的7075-T6铝合金板材热冲压成形极限图(FLD)的局限性,开展了基于连续介质损伤力学预测7075铝合金热成形FLD的方法研究。提出应用一组单轴黏塑性损伤本构方程并优化材料常数,建立了平面应力损伤本构方程,通过分析7075铝合金在不同温度时成形极限曲线(FLC)的特点,得出不同应力状态对损伤的影响,预测7075-T6铝合金板材在四组温度和三组应变率下的FLC。研究结果表明,基于单轴损伤本构方程进行数值分析得到的应力-应变曲线与试验曲线基本吻合。应用平面应力黏塑性损伤本构方程能够预测铝合金板材热冲压过程中不同温度和应变率的FLD,为铝合金板材热冲压过程提供失效判断依据。     

界面微结构对PA6/铝合金连接性能的影响

采用抛光或抛光-化学刻蚀对铝合金表面进行预处理,获得微纳米结构表面,再利用自制模具对铝合金与尼龙6(PA6)进行热压成型。用扫描电镜、激光共聚焦显微镜观察发现,硫酸刻蚀形成的微纳米结构表面有利于树脂在铝合金表面形成良好的机械互锁结构,实现PA6/铝合金优良的连接性能。力学性能测试显示,硫酸刻蚀后的PA6/铝合金连接试样拉伸剪切强度达到了19.1 MPa,界面粘结性能最优,比抛光后的连接试样提高了870%,其失效模式由界面失效变为内聚失效。     

铝合金挤压模具的失效与热磨损热疲劳性能

根据铝合金挤压模具的服役条件及其对材料的要求,分析现场模具的失效形式和验证所采取的提高寿命的措施。对3Cr2W8V钢和炉外真空精炼(VHWD)4Cr5MoV1Si钢进行了全面性能与生产对比试验证明:4Cr5MoV1Si钢用于制作铝合金挤压模是较理想的材料,能够显著提高模具的寿命。通过热磨损、热疲劳试验,比较两种材料的热磨损抗力和热疲劳的抗力;并观察其微观表面形貌。     

泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响

泡沫金属由于其良好的缓冲、减震性,近年来在工业领域得到了越来越广泛的应用.为了研究泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响,本文采用5052铝合金对其进行压印连接试验,并添加不同厚度的泡沫铜夹层作为对比,通过静力学拉伸-剪切试验,对接头的成形质量、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:泡沫铜夹层对压印接头成形质量有一定的削弱作用;泡沫铜夹层可以很好地吸收压印接头所承受的拉伸-剪切力,可以增大板材所能承受的最大拉伸-剪切载荷,并且泡沫铜夹层的厚度越大,这种作用越明显;泡沫铜夹层可以提高压印接头的失效位移均值,且夹层厚度对其无显著影响;泡沫铜夹层对压印接头的能量吸收能力有明显的提升作用,并且泡沫铜夹层的厚度越大,接头能量吸收能力越大.     

多道次搅拌摩擦加工制备的5083铝合金细晶材料超塑性研究

通过多道次搅拌摩擦加工5083铝合金材料,细化材料晶粒,使用倒置金相显微镜分析其晶体结构、微观形貌,然后对试样进行高温拉伸实验,通过分析其材料的延伸率、应力和应变的情况,研究试样材料的超塑性性能。研究表明:经过多道次搅拌摩擦加工后,材料晶粒细化均匀;通过高温拉伸试验,其延伸率是未进行加工的2.6倍。多道次搅拌摩擦加工成本较低,具备加工大面积铝合金材料的能力,这种加工方式在铝合金晶粒细化的加工中有着广阔的应用前景。     

激光表面熔覆在机车受电弓滑板材料中的应用

铝合金激光表面熔覆可以获得兼有铝合金材料特性和功能合金粉末特性的材料，通过铝合金熔覆方法和结果讨论，论述了铝合金激光熔覆技术在受电弓滑板中应用的可行性及开发方法，为受电弓材料选择提供一种新的思路。     

热作模具钢的模拟热磨损试验方法的探讨

本研究选定 Tittagala法作为热作模具材料热磨损的试验方法,并对其模拟性作了改进。经过试验,该模拟试验方法能较好地反映热作模具的工作过程和磨损特征。在碳素钢——模具钢、铝合金——模具钢、铜合金——模具钢不同材料试样的摩擦付试验中,模具材料的高温磨损特性、表面磨损形貌与现场模具寿命、失效模具形貌有着较好的一致性。     

火灾下铝合金梁的温度响应及影响因素分析

铝合金材料为温度敏感性材料,其用于建筑结构时,须进行必要的抗火设计.文章确定了不同边界条件下铝合金梁临界温度的判别准则,考察了火灾下铝合金梁变形及内力的温度效应,研究了跨度等因素对铝合金梁温度响应及临界温度的影响.结果表明:常温及低温阶段,铝合金梁的位移随跨度的增加而增大,随温度的继续升高,其位移基本趋于一致;铝合金梁...     

Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金微观组织与疲劳性能

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等方法观察了Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金材料的微观组织,并进行了拉伸性能与疲劳性能试验,分析其拉伸断裂和低周疲劳失效行为.结果表明:Al-5.5Zn-2.5Mg高强铝合金的力学性能与低周疲劳性能较好,拉伸强度达到479.4 MPa.当应力比R=-1,频率f=20 Hz,应变幅εa=0.8％时,低周疲劳寿命为630周,疲劳裂纹萌生于试件表面,且疲劳裂纹扩展区存在明显的疲劳条带.Al-5.5Zn-2.5Mg铝合金η’(MgZn2)析出相虽然在光学组织中呈现均匀弥散分布,但在TEM高倍组织中主要沿晶界析出,强化相粒子的平均直径约20 nm,晶界附近无沉淀析出带宽约100 nm.     

熔丝制造3D打印CFRP层内损伤破坏机理与模型研究

为将3D打印技术应用到桥梁工程中,以熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环为研究对象,开展了材料层内损伤失效机理的基础性研究工作.首先,对锚环进行了张拉锚固破坏试验,明晰材料的损伤失效模式.其次,测试分析了材料的弹性参数及强度参数值,供后续仿真分析使用.最后,通过VUMAT子程序构建了材料的损伤失效本构关系,利用ABAQUS仿真分析软件模拟熔丝制造3D打印碳纤维复合材料锚环的渐进损伤失效全过程,分析其层内损伤失效机理.结果表明：熔丝制造3D打印碳纤维复合材料具有显著的层内损伤现象;选用Hashin损伤起始判据与刚度瞬间退化模型作为熔丝制造3D打印碳纤维复合材料损伤力学模型偏于安全,具有一定的可行性;锚环在高度方向产生纵向裂纹是由纤维拉伸失效导致的.     

基于超声清洗的CMT焊缝质量分析

以6061铝合金为研究材料,使用超声工艺对焊接材料进行5和9 min的清洗,研究超声清洗工艺对板件的冷金属过渡(CMT)搭接焊的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)测试可知,改变清洗溶液的成分和清洗时间可以清洁铝合金表面并破碎铝合金表面氧化膜,提高焊接质量.分别采用超声水洗和超声盐酸清洗工艺,研究不同超声时间下焊缝的质量,并与无清洗铝合金焊缝质量进行对比.结果表明:在保证焊接拉伸质量的前提下,使用超声清洗可以有效优化焊接熔深,使其达到母材的0.25;与超声水洗相比,超声盐酸清洗效果更好;清洗板材焊缝成型系数均值比非盐酸清洗的均值大67.8%.对焊缝的纵向切割分析表明,超声清洗还可以优化焊缝熔深的均匀性,减小气孔的尺寸和数量.     

中科院在铝合金表面防护技术研究方面获进展

中国科学院宁波材料技术与工程研究所的研究人员将化学刻蚀和化学修饰有机结合起来,在铝合金表面成功制备出了具有优异防护性能的薄膜。铝合金具有密度小、强度高、导电导热性能优良、塑性和成型性好等特点,但其硬度偏低,耐磨性和耐腐蚀性较差,限制了其应用。因此,需对铝合金表面进行处理,以提高其抗蚀耐磨性能。     

不同直径匹配度封堵气囊的工作机理和试验验证

为研究气囊作为临时性封堵装置在隧道工程中的应用情况,建立其受力分析模型,得到了气囊内压和形状随外压增长的变化规律,得到了两种失效模式和正常工作时需要满足的3个控制条件,特别是外压不能大于内压这一独特的控制条件.由于气囊直径与隧道匹配度的大小直接影响封堵效果,因此确定直径允许误差范围在工程设计中至关重要.分别采用直径大于、等于、小于隧道直径的3种气囊进行堵气和堵水的模型试验,得到不同直径匹配度的气囊在气压和水压作用下的变形规律、内外压关系及失效极限状态的控制条件.试验结果表明:直径适中的气囊匹配性最好,气囊的变形和失效模式完全符合理论公式;直径略偏大的气囊若不出现初始贯通的褶皱,其封堵效果和失效模式与直径适中的气囊类似;直径偏小的气囊,由于一部分内压用于抵消使其膨胀至贴紧隧道壁所产生的材料拉力,容易导致其摩阻力不足而在外压作用下产生整体滑动.据此提出了气囊制作误差允许范围上下限的标准,为气囊制作过程中的误差控制提供依据.     

无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面黏结性能试验

为满足耐环境侵蚀及较高使用温度要求而采用的无机胶粘贴铝合金板加固混凝土结构,需解决铝合金板、胶与界面的黏结问题.以黏结长度为基本参数,分别采用硫铝酸盐水泥浆、磷酸镁水泥浆及碱激发矿渣浆三种无机胶粘剂,将3 mm厚铝合金板粘贴至素混凝土试块,完成了无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面双剪性能试验.试验结果表明:铝合金板、胶层与界面黏结性能随黏结长度与胶粘剂种类不同而不同,破坏时主要表现为铝合金板脱粘、胶层失效及界面失效三种典型形态;发现相同黏结条件下,三类无机胶粘贴铝合金板与混凝土界面黏结强度中,磷酸镁水泥最大、硫铝酸盐水泥其次、碱激发矿渣最小.基于实测的界面黏结-滑移关系,获得了适用于不同胶粘剂的有效黏结长度取值方法,提出了与试验结果吻合较好的三类无机胶黏结强度-滑移关系模型.可为粘贴铝合金板加固混凝土受弯构件用无机胶粘剂优选提供参考.