铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响

为探究铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响,制备不同铆向组合的5组双铆钉自冲铆接头,通过拉伸-剪切试验,分析各组接头的宏观失效形式,并对接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,分析其失效机理;同时运用MATLAB对接头的剪切刚度、静失效载荷、失效位移及能量吸收值进行分析。结果表明:铆接方向会影响接头的失效形式及变形程度,从而影响接头的力学性能。窄板双铆钉自冲铆接头的失效模式为板材韧性断裂,宽板接头的铆钉脱离下板。铆向影响窄板接头在弹塑性阶段的剪切刚度,但对宽板接头的刚度无显著影响。对于靠近铆接区自由端处的铆钉,当铆钉脚朝外时,窄板接头的静失效载荷最强,但失效位移、能量吸收值减小;两铆钉铆向相反时,宽板接头可获得更大的静失效载荷和失效位移。     

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。     

1420铝锂合金自冲铆连接工艺及静态失效机理

采用两种规格铆钉对1420铝锂合金板的自冲铆接过程进行了数值模拟,并对模拟结果进行了验证。基于拉伸-剪切试验研究了两种铆钉接头的静力学性能和失效模式,并利用扫描电子显微镜对试件进行微观失效分析。结果表明:试验结果与模拟结果具有良好的一致性。大规格铆钉接头的静力学性能明显优于小规格铆钉的自冲铆接头。两种接头的失效模式均为下板与铆钉分离;大规格铆钉的接头上板出现严重撕裂,属于韧性断裂。     

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。     

TA1/5A06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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铆钉对TA1与1420自冲铆接工艺及失效行为的影响

采用自冲铆接技术对TA1与1420异质薄板组合铆接工艺进行了详细分析,且以长度6 mm,硬度44 HRC ±2 HRC和48 HRC ±2 HRC的铆钉制备了TA1-1420接头（TAF）、1420-TA1接头（ATF）和TA1-1420接头（TAS）.通过拉伸-剪切和疲劳试验获取了三组接头的失效模式,借助电子扫描显微镜研究了铆钉对TA1与1420异质薄板接头失效行为的影响.结果表明,铆钉对TA1与1420异质薄板组合的铆接工艺有明显影响,采用6 mm长度的铆钉能够实现对其有效连接,采用高硬度铆钉可减轻铆钉墩粗程度.铆钉硬度提高使接头失效部位由下板大变形区域下移至接头底部,导致异质薄板组合接头的失效行为存在差异.     

钉脚张开度对自冲铆构件机械内锁刚度的影响

利用数字图像分析技术研究了铆钉张开度对自冲铆接头机械内锁结构刚度的影响.借助材料性能试验机对具有不同铆钉张开度的5052铝合金板自冲铆接头进行单向静拉伸试验,加载过程中利用CCD获取自冲铆机械内锁结构形变的图像序列,利用图像相关分析计算不同载荷水平下铆钉脚与底板的滑移错动量,建立滑移-载荷曲线,并据此评估结构件刚度大小;建立自冲铆接头有限元模型,对比分析不同钉脚张开度的自冲铆机械内锁的失效过程.结果表明,在受载状态下,自冲铆接头存在一个临界滑移启动载荷值,当外载荷小于此临界值时,机械内锁结构保持相对完整,处于弹性变形阶段;大于此临界值时,滑移错动量明显增大,结构发生塑性大变形,并最终呈现脱离失效模式.其次,钉脚张开度对自冲铆构件的强度和刚度影响较大,提高钉脚张开度有助于增大构件整体刚度.     

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%。     

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。     

铱片的显微组织与室温拉伸断裂机制研究

采用辉光放电质谱法(GDMS)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和力学试验机等测试手段,对不同加工状态的铱片杂质元素含量、金相组织、断口形貌和室温力学性能进行了研究。结果表明:加工状态对铱片的力学性能有重要影响,1 mm厚的热轧态铱片平均抗拉强度为213.6 MPa,延伸率为2.52%,主要为脆性沿晶断裂,部分为脆性穿晶解理断裂;而0.1 mm厚的冷加工态铱片平均抗拉强度为954.1 MPa,延伸率为0.55%,断裂模式主要为脆性穿晶断裂;两者在断裂之前均未发生明显的塑性变形,表现为脆性断裂模式。     

Feasibility of measuring residual stress profile in different self-pierce riveted joints

Abstract

The feasibility of measuring residual stresses in self-pierce riveted (SPR) joints by neutron diffraction technique was investigated. The main challenge involved dealing with the very small dimensions of SPR joints. Two different joints were examined: aluminium–steel and steel–steel. Even though small dimensions were involved, meaningful results were obtained. In the rivet head, tensile stress was observed for the steel–steel sample, whereas only compressive stress was observed for the aluminium–steel. The residual stress in the rivet head was higher at the centre and lower at the edge for both joints. Stresses in the sheet material beside the rivet wall and at a distance of three times the rivet radius from the rivet axis were not significant. For the SPR joints examined, the maximum value of residual stress was compressive and occurred in the rivet leg. The results are discussed according to the physical events involved during the process.     

激光再流焊焊接速度对SOP器件焊点力学性能的影响

分别采用半导体激光再流焊与红外再流焊方法钎焊SOP器件,研究了激光焊焊接速度对其焊点抗拉强度的影响,并对焊点断口形貌进行了分析.结果表明,在激光再流焊条件下,激光焊焊接速度对SOP器件焊点的抗拉强度有显著的影响,而Sn-Pb焊点的力学性能对焊接速度的敏感度低于Sn-Ag-Cu无铅焊点,且存在一个最佳焊接速度.通过SEM观察发现,焊接速度相对慢时,断口有浅显韧窝和微孔,焊点断裂类型为微孔聚合型断裂;速度过快时,断口有较多的韧窝群,并且局部区域还有台阶,焊点断裂类型为韧窝型断裂和解理型断裂;焊接速度适中时,断口韧窝大且深,焊点断裂类型为韧性断裂.     

Study on static and fatigue strength of structural adhesive-bonded joints of steel sheets for automotive application

The static and fatigue strength of crush durable structural adhesive-bonded lap joints of steel sheets for automobiles was evaluated by tensile shear tests. The steel sheets used in this study were uncoated and galvannealed (GA) with tensile strength ranging from 270 MPa-grade to 980 MPa-grade and the thickness ranging from 0.7 to 1.8 mm. Also, the effects of the adhesive types were evaluated. The results are as follows: In the static tensile shear tests, when the steel sheets deformed during the tensile test, the tensile shear strength increased with the increase in the base metal properties, such as the yield strength and thickness; however, when the base metal properties were sufficiently high not to undergo plastic deformation, the tensile shear strength exhibited a constant value. On the other hand, the effect of base metal properties on the fatigue joint strength was relatively small. The static joint strength of the GA steel joints was slightly lower than that of the uncoated steel sheets; however, the fatigue strength of the GA steel joints was higher than that of the uncoated steel sheets. The coating failure of the GA was affected by the type of adhesive, base metal properties and type of test. Choosing the proper adhesive can reduce the failure of the GA coating, and the high strength steel showed fewer coating failures than the mild steel.     

Strength estimation of self-piercing rivets using lower bound limit load analysis

Abstract

This paper summarises the authors' work on strength and failure mode estimation of self-piercing rivets (SPRs) for automotive applications. First, the static cross tension strength of an SPR joint is estimated using a lower bound limit load based strength estimator. Failure mode associated with the predicted failure strength can also be identified. It is shown that the cross tension strength of an SPR joint depends on the material and gage combinations, rivet design, die design and riveting direction. The analytical rivet strength estimator is then validated by experimental rivet strength measurements and failure mode observations from nine SPR joint populations with various material and gage combinations. Next, the estimator is used to optimise rivet strength. Two illustrative examples are presented in which rivet strength is improved by changing rivet length and riveting direction from the original manufacturing parameters.     

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。