多铆钉自冲铆接头力学性能机理

以3颗铆钉连接的5052铝合金自冲铆接头为对象,通过试验的方法研究多铆钉自冲铆接头力学性能机理。获得了m-o自冲铆接头(简称m-o接头)和m-i自冲铆接头(m-i接头)的静力学和疲劳试验数据,选择正态分布和二参数威布尔分布检验数据的有效性,通过最小二乘法获得疲劳寿命最佳拟合直线和疲劳载荷-疲劳寿命曲线二参数幂函数方程。结果表明:接头静态和疲劳失效形式分别为下板被拉出和下板断裂。铆钉分布结构对接头静强度、变形能力、能量吸收能力、疲劳寿命及它们的稳定性均有影响。m-i接头静力学性能良好,m-o接头整体具有良好的疲劳性能。疲劳测试中,铆钉分布结构会导致首要和次要承载顺序的产生,疲劳断口为首要承载顺序所在位置。     

铝与铜异质板材自冲铆搭接接头的力学性能

通过试验方法研究了5052铝合金和H62铜合金异质材料搭接自冲铆接头的力学性能。获得了表征接头性能的力-位移曲线和载荷-寿命曲线,采用数理统计方法检验了数据的有效性。对接头强度、刚度、抗冲击性能、失效形式、失效机理进行了分析。结果表明:刚度随接头载荷而变化,疲劳强度随刚度的增大而增强,SCC接头静强度最高,SAA2次之,SAC高于SAA1接头,板材厚度、材质及铆钉长度影响接头静载强度,上板材质对接头强度影响更大,下板材质对接头抗冲击性能影响大于上板,板材厚度影响失效位移,静载失效形式皆为铆钉与下板分离;SCC接头疲劳性能最优,SAA2次之,SAC最小,微动滑移、板材厚度、材质影响接头疲劳强度,同种材料接头以下板断裂为主,异质材料接头较软板材断裂失效。     

温度对车身钢铝胶铆连接结构热应力变化的影响

针对车身结构在涂装过程中温度变化对钢铝胶铆连接结构的影响,研究了影响结构热应力的主要因素。在钢、铝、粘接剂的单向拉伸试验和热膨胀试验基础上进行钢铝胶铆连接结构高温热膨胀试验,获得了钢板、铝板表面的应变值。建立了钢铝胶铆连接结构热膨胀有限元仿真模型,通过试验验证了仿真模型的有效性。分析胶铆结构在升温、保温、降温过程中的应力变化情况,获得了钢铝胶铆连接结构在厚度方向上尺寸随温度的变化规律。研究了粘接剂厚度、粘接宽度和金属铆接顺序对钢铝胶铆连接结构在高温作用下的影响。结果表明,钢铝胶铆连接结构在经历高温作用后会产生残余应力和热变形;适当增大粘接剂厚度可以降低胶铆连接结构的残余应力和应力集中,降低结构整体的热变形;增大粘接宽度能有效降低胶铆接头中的残余应力,但会导致钢铝胶铆连接结构塑性变形增大;铝板在上、钢板在下铆接时胶铆接头的残余应力较小。     

考虑铆钉位置不确定性的异种轻质金属铆接接头疲劳寿命优化

针对铆钉位置坐标对铆接接头疲劳寿命的影响问题,采用单行替换法来实现了铆接接头的寿命优化。首先,对铝合金自冲铆接接头进行单调拉伸和疲劳试验研究,通过试验数据拟合获得S-N曲线。然后,建立自冲铆接结构的有限元模型,通过Abaqus进行循环载荷作用下的铆接接头力学分析,研究了铆接点位置对铆接接头力学性能的影响。最后,将铆接点的坐标作为设计变量,铆接结构疲劳寿命为优化目标,基于单行替换法进行全局寻优,获得了铆接接头最大疲劳寿命时的位置坐标,为技术人员开展铆接接头设计提供了参考依据。     

基板强度对轻合金自冲铆接头失效形式的影响研究

制备轻合金板材组合自冲铆接头,通过静力学实验获得各组接头的静失效载荷、失效位移及能量吸收值等力学性能参数,分析了基板强度对接头失效形式及静失效载荷的影响.通过扫描电子显微镜(SEM)对接头失效断口进行观测,分析了接头的微观失效机理.结果表明:基板强度影响接头的失效形式,当两基板的屈服强度差别较大时,接头失效形式为屈服强度较低的板断裂;当两基板屈服强度接近时,接头因铆钉与基板分离失效;基板发生断裂失效时接头断口为韧性断裂机制.当接头失效形式相同时,发生失效基板的屈服强度越大,接头静失效载荷越高.     

基于摩擦搅拌盲铆接的车辆骨架高强度钢-铝板连接刚度计算模型

基于摩擦搅拌盲铆接的被连接件刚度计算模型,对钢-铝混合车身摩擦搅拌盲铆接连接的问题进行了研究.首先对某城市电动客车骨架钢-铝连接进行了合理简化,然后基于板件压应力非均匀分布模型推导了被连接件轴向刚度的理论计算模型,并通过有限元仿真对模型进行了验证,最后基于导出的刚度计算模型分析了钢-铝搭接形式、板件材料属性、板件及铆钉几何参数等因素对连接刚度的影响.结果表明:所提出的刚度计算模型可以方便地用于钢-铝摩擦搅拌盲铆接的连接刚度计算和分析,对基于摩擦搅拌盲铆接的钢-铝混合车身骨架的连接设计,有重要的理论参考意义.     

CFRP构件垫圈/衬套铆接损伤及拉剪性能试验研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)易发生铆接损伤,通过试验方法开展垫圈/衬套铆接损伤行为及其拉剪性能研究,研究结果表明：镦头不均匀膨胀及下压会导致净铆接和衬套铆接出现不同程度、多损伤模式铆接损伤,而垫圈/衬套铆接后并未出现明显损伤。净铆接试件与垫圈/衬套铆接试件的拉剪力-位移响应呈现出明显的线性、渐进损伤和失效破坏的特征,而衬套铆接由于减小了镦头与层板的有效紧固面积,衬套铆接试件拉剪力-位移响应仅包含线性和失效破坏阶段,其拉剪峰值载荷亦最低。净铆接试件和垫圈/衬套铆接试件的拉伸失效模式均为层板剪切与铆钉拉脱耦合失效,拉脱失效模式为层板铺层断裂和分层,且伴有层板弯曲变形;衬套铆接试件拉剪过程中均发生铆钉直接拉脱破坏。     

钢铝异质无铆钉粘铆复合连接胶层厚度分布

为了研究粘铆复合接头的胶层厚度对接头的成形质量和服役性能的影响,建立了无铆钉粘铆成形有限元模型,并通过实验验证有限元模型的有效性。利用有限元模型分析了接头成形后胶层的分布规律及接头成形过程中胶层的变化趋势,研究胶层厚度对接头成形的影响。结果表明:胶层厚度从接头底部中心到自锁处呈先增大后减小的趋势,其中底部圆角处胶层厚度最大;铆接过程中胶层厚度随冲头行程增加而变化;胶层厚度影响接头的自锁值与颈厚值。     

气动锤铆过程仿真分析与试验

为提高锤铆工艺质量,提出一种对锤铆过程仿真分析的方法,并获得锤铆工艺所需铆接时间.建立气动铆枪的运动学模型,结合Matlab仿真得到不同输入气压下（0.2～0.6 MPa）冲锤的冲击速度及其冲击频率;在ABAQUS中对锤铆过程进行有限元分析,将运动学模型的仿真结果（冲锤的冲击速度及频率）应用至有限元模型中,以获得规定的镦头尺寸为目标,得到不同输入气压下需要的铆接时间.实验得到铆钉在0.2~0.6 MPa不同气压下的铆接时间,实验值与仿真值的偏差在15%之内,验证此仿真方法的可行性.结果表明,铆枪的输入气压及铆接时间是影响锤铆工艺的关键因素.     

CFRP构件带垫圈铆接损伤及剪切性能

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空领域应用广泛,但极易发生铆接损伤。因此,针对航空CFRP构件,本文通过试验方法研究带垫圈铆接损伤行为,评估不同宽径比和宽径比西铆接构件拉伸剪切性能,研究结果表明：CFRP铆接损伤主要由镦头径向过度膨胀和镦头材料轴向变形挤压造成,以挤压损伤为主,带限制垫圈铆接可有效减少铆接损伤,其损伤主要发生在镦头附近层板孔周附近表层局部区域,由垫圈内孔附近区域挤压下凹造成;所有试件力-位移响应曲线特征由钛合金铆钉主导,呈现出明显弹性变形阶段、塑性变形阶段和最终失效阶段,最终失效模式均为铆钉剪切失效;拉伸失效过程中,垫圈均未发生明显变形,CFRP层板钉孔周围表层发生明显局部挤压损伤,拉伸过程中伴随纤维断裂声响;宽径比对试件刚度和最终失效强度均具有明显影响,而边径比对试件力-位移响应影响不明显。     

无头铆钉压铆力数学建模与仿真分析

无头铆钉压铆连接是航空薄壁件的主要连接方式,作为影响铆接质量的主要工艺参数,压铆力的大小通常只能根据经验给出,缺乏理论依据。文章首先分析无头铆钉压铆过程,将其划分为4个阶段,其中铆钉镦头的真实应变由钉杆均匀敦粗阶段与镦头形成阶段的应变构成。基于以上分析,针对无头铆钉压铆力计算提出采用幂指数硬化理论建立计算压铆力的物理公式,从而确定压铆力关于镦头高度的数学函数;其次根据无头铆钉压铆过程特点,采用轴对称模型对其进行有限元仿真;最后用上述方法对直径相同而镦头高度不同的一组无头铆钉压铆力进行计算并对计算结果进行对比分析,对比分析结果表明文中建立的求解压铆力的物理公式有效性良好。     

轴力作用下钢桥面板构造细节受力分析

为研究正交异性钢桥面板在轴力作用下的受力情况,建立全桥杆系有限元模型,获取钢桥面板所受轴力信息;建立钢桥面板局部有限元模型,提取各工况下疲劳细节关注点处应力,分析应力的变化情况,获取各疲劳细节最不利加载工况,比较研究最不利加载工况下各构造细节在轴力作用下的疲劳性能。结果表明,轴力对各细节应力幅影响较小,对U肋与横隔板围焊处和横隔板焊趾处平均应力影响较大,对U肋与顶板焊缝和弧形缺口平均应力影响较小。     

工艺因素对过热器/再热器异种钢焊接接头残余应力的影响

工况下运行的异种钢接头易沿焊缝界面开裂而发生早期失效．本文对小直径钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅｌ８２／ＴＰ３４７Ｈ异种钢管、不同坡口角度与不同热处理制度下接头中的焊接残余应力进行了实测,结果表明对适用于现场焊接且可延长接头寿命的改进型坡口并不会增大焊接应力,提出在工况温度下接头中的焊接应力并不能很快衰减、焊后热处理可显著地降低该种异种钢接头中焊接应力的观点．     

电站 F/A 异种钢接头早期失效及其防治措施

扼要归纳了Ｆ／Ａ异种钢接头早期失效的特征,分析了导致早期失效的因素,提出可用焊后高温回火和适当增加铁素体侧坡口角的办法降低钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅｌ１８２／ＴＰ３４７Ｈ接头的早期失效倾向．文章列出的高温持久强度试验、高温承载加速模拟试验、残余应力测试等结果以及热应力的有限元分析都证明了上述措施是有效的．     

过热器/再热器异种钢接头热应力分析与坡口改进

异种钢接头的早期失效多发生在垂直管接头轴线方向的焊缝界面上,究其本质是由于在熔合线区碳化物相／基体界面上优先产生了蠕变孔洞,而该蠕变孔洞的形成与其所处区域的应力状态密切相关．本文用有限元法分析了钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅｌ８２／ＴＰ３４７Ｈ异种钢接头在工况温度６００℃下,坡口角度的不同对焊缝界面热应力的影响,并对不同坡口形式的焊态残余应力作了实测,提出适度大的坡口角以及改良型坡口接头可提高异种钢接头高温使用性能的观点．     

过热器／再热器异种钢接头热应力分析与坡口改进

异种钢接头的早期失效多发生在垂直管接头轴线方向的焊缝界面上,究其本质是由于在熔合线区碳化物相／基体界面上优先产生了为孔洞,而该蠕变孔洞的形成与其所处区域的应力状态密切相关,本文用有限元法分析了钢１０２／Ｉｎｃｏｎｅ８２／ＴＰ３４７Ｈ异种负接头在工况温度６００℃下,坡口角度的不同对焊缝界面热应力的影响,并对不同坡口形式的焊态残余应力作了实测,提出适度大的坡口角以及改良型坡品接头可提高异种钢接头高温使     

铆钉填充锪窝孔边角裂纹应力强度因子分析

采用工程有限元软件ANSYS建立含铆钉填充锪窝孔板有限元模型,计算了不含铆钉填充的锪窝孔边单侧扇形角裂纹、含铆钉填充净配合锪窝孔边单侧扇形角裂纹和含铆钉填充锪窝孔在不同干涉量下孔边单侧扇形角裂纹前缘的应力强度因子的值,分析了铆钉与锪窝孔干涉配合量对孔边裂纹前缘应力强度因子的影响规律,给出了铆钉与锪窝孔干涉配合时的最佳配合量及有效干涉量范围,为铆钉设计提供了参考数据和指导性建议,对于铆接结构设计具有重要的工程实用价值。     

钻具接头螺纹应力分析与结构优化

石油钻具接头螺纹是发生钻具失效事故的主要部位.针对钻具接头螺纹失效问题,以41/2 in钻杆接头为例,参照API SPEC 7推荐的三种类型钻杆螺纹接头及非API标准H90型螺纹接头,建立有限元模型,在标准上扣扭矩、相同载荷及边界条件下对其进行力学分析,得出4种不同扣型接头螺纹的应力分布,以此为基础提出新的结构优化.     

Q690耐张塔多环板空间节点力学性能研究

多环板空间节点杆件交汇繁多,应力分布复杂,为研究高强钢多环板空间节点的受力性能,开展Q690高强钢SJC1型耐张塔足尺试验,并建立了变坡和横担处空间节点的有限元模型,基于大风等不利工况研究了不同加载模式下空间节点的力学性能,揭示其空间耦合受力机理.分析结果表明:断线和大风等不利工况下环板或加劲肋与主材连接处、槽形插板与...     

铝锂合金/FM94胶接接头内聚力模型参数识别

为了正确预测铝锂合金/FM94胶接接头的强度与失效特征,采用ABAQUS软件建立胶接接头的内聚力仿真模型. 针对内聚力模型关键参数的确定问题,利用材料力学和断裂力学相关理论推导I、II型断裂失效形式下断裂能的计算公式;通过实验测定FM94胶接铝锂合金标准双悬臂梁（I型失效）和三点弯曲试样（II型失效）的力-位移曲线,计算并确定不同失效模式下的内聚力模型参数;采用三角形内聚力理论模型和所确定的模型参数进行双悬臂梁标准试样、三点弯曲标准试样及单搭接接头的强度与断裂失效过程的数值仿真. 结果表明：仿真结果与实验数据较一致,在不同加载速率下断裂载荷最大误差为4.4%,断裂位移最大误差为3.8%,验证内聚力模型参数确定方法合理,模型参数正确.