基于黏聚区模型的Z-pin增强复合材料T型接头分层损伤研究

复合材料T型接头Z-pin增强就是将直径非常细的金属或复合材料pin针植入筋条-蒙皮截面,通过Z-pin的桥接牵引提高接头力学性能。采用ABAQUS有限元软件分别建立了T型接头与Zpin增强T型接头的三维数值计算模型。基于黏聚区模型,采用新的简化后Z-pin桥接牵引关系模拟Z-pin增强作用过程。模拟了T型接头的拉伸失效模式,计算了其拉伸强度和总耗散能,对比分析了有无Z-pin增强2种接头的载荷-位移曲线和损伤耗散能-位移曲线。数值计算结果与文献中数据符合较好。结果表明:Z-pin增强T型接头的极限载荷与极限位移相比于无增强T型接头分别提高了66%和304%;2种接头的载荷-位移曲线斜率相同,初始损伤载荷一致;Z-pin增强T型接头在拉伸破坏过程中相比于无增强接头吸收能量多13.74倍。     

AA6061-T6铝薄板无针搅拌摩擦点焊接头结构及性能分析

以车身覆盖件用1.5 mm厚AA6061-T6铝薄板为研究对象,采用Box-Behnken试验设计分析了不同焊接参数对无针搅拌摩擦点焊（PFSSW）接头力学性能及断裂模式的影响规律。通过响应面方法（RSM）对PFSSW接头的拉剪性能进行优化。结果表明：焊点的金相呈现“盆形”结构,当搅拌头转速为2950 r/min、下压量为0.6 mm和停留时间为7 s时,接头的最高拉剪失效载荷为6.41 kN。PFSSW焊点断口呈现3种断裂模式。其中,焊核拔出模式下接头的平均失效载荷最高（6.26 kN）,界面分离断裂模式最低（4.89 kN）,混合断裂模式居中（5.60 kN）。     

车身钢-铝粘接接头湿热老化性能

为了给粘接技术在钢-铝车身中的实际应用提供参考依据和技术指导,研究了湿热环境对不同应力状态下钢-铝粘接接头性能的影响。针对所选取的单搭接、45°嵌接、对接钢-铝粘接接头,完成试件的加工及粘接固化,并根据所制定湿热循环谱,进行了20、40、60周期的湿热老化试验。试验结果表明:随着湿热循环周期的增加,3种接头失效载荷均呈下降趋势,在正、剪应力等比状态下,接头失效载荷下降幅度更显著。同时,在湿热循环作用下接头失效形式也发生了一定改变。通过计算接头胶层的正、剪应力值,并进行曲线拟合发现不同湿热循环周期后,接头失效准则均符合应力准则。在此基础上,进一步建立了钢-铝粘接接头在任意老化周期后的失效准则表达式及对应的三维曲面。     

钢-玻璃端面胶接接头的剪切力学性能研究

摘 要:采用两种试验方式测试了三种结构胶在玻璃端面胶接钢板工况下胶接接头的剪切力学性能。两种试验方式分别为双端面拉伸剪切试验(DFTST)和单端面拉伸剪切试验(SFTST),使用DFTST试验测试了3M DP190和硅酮999的胶接接头剪切力学性能,使用SFTST试验测试了硅酮992的胶接接头剪切力学性能随胶层长度的变化。结果表明：SFTST试验比DFTST试验简单宜行;硅酮结构胶剪切强度低但变形能力更好;竖直注胶方式可以很好地保证注胶质量;随着胶接长度的增加,破坏时的位移基本不变,剪切刚度正比例增加。试验为端面胶接结构的工程应用提供了合理的试验方式和数据参考。     

钢-玻璃端面胶接接头剪切力学性能研究

采用两种试验方式测试了3种结构胶在玻璃端面胶接钢板工况下胶接接头的剪切力学性能。两种试验方式分别为双端面拉伸剪切试验(DFTST)和单端面拉伸剪切试验(SFTST),使用DFTST试验测试了3M DP190和硅酮999的胶接接头剪切力学性能,使用SFTST试验测试了硅酮992的胶接接头剪切力学性能随胶层长度的变化规律。结果表明:SFTST试验比DFTST试验简单易行;硅酮结构胶剪切强度低但变形能力更好;竖直注胶方式可以很好地保证注胶质量;随着胶接长度的增加,破坏时的位移基本不变,剪切刚度正比例增加。试验为端面胶接结构的工程应用提供了合理的试验方式和数据参考。     

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.     

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.     

拉伸载荷下机身整体复合材料接头的断裂损伤研究

为了解决机身蒙皮、纵梁和框连接区域的复杂传力及结构设计问题,设计了复杂胶结整体复合材料接头,完成了该整体复合材料接头的拉伸试验,得到了其应变-载荷曲线和损伤模式。建立了整体复合材料接头数值分析模型,研究了其在拉伸载荷下的损伤起始、扩展及失效过程。结果表明:接头首次降载和极限破坏载荷分别为120.82和168.11 kN;初始损伤发生在左下侧角盒的角弯曲处,然后沿着短翼缘,长翼缘以及腹板间的圆弧过渡区扩展,导致上下角盒的胶结界面脱黏,角盒和L型层合板的胶结界面分层失效。数值计算得到的首次降载和极限破坏载荷与试验结果相比误差分别为6.68%和2.61%,两者符合较好。     

航空发动机推力剪切销载荷测试新方法

针对航空发动机推力剪切销连接结构,设计了一种包含测试板和系数矩阵的剪切销载荷测量新方法和试验装置。测试板包含多短梁结构,以此为基础构建应变计布局和组桥方式,建立了双剪切销载荷测试的标定方法及试验验证装置,通过试验验证了采用此方法进行超静定剪切销连接结构载荷标定及测试的可行性。试验结果表明：两个剪切销承载载荷测试结果在较大载荷阶段的测试偏差明显减小,在50～200 kN范围内,剪切销载荷测试偏差≤10%,各剪切销载荷合力最大载荷偏差≤1%。通过分析表明,剪切销载荷分配测量新方法和标定试验装置在不改变剪切销结构连接状态的条件下,可以获得剪切销的承载载荷,进而获取剪切销载荷分配情况,得出的试验结果具有可用的测试精度,是一种较为准确的剪切销承载载荷分配测量方法。     

单双搭接接头经高温老化后的失效对比

为了对比研究单双搭接接头在高温老化后的失效情况,加工制作了一批Al-CFRP单搭接接头和Al-CFRP-Al双搭接接头。选取80°C高温老化周期0、10、20、30d,并在-40、20、80°C环境下进行准静态拉伸试验,建立一元回归与二元回归模型,分析总结搭接接头失效强度与失效形式变化规律,揭示老化机理。结果表明：老化时间的增加和服役温度的升高都会造成接头失效强度显著下降,服役温度比老化时间对失效强度的影响更大、相关性更高;双搭接接头失效强度明显高于单搭接接头,在工程应用中,在一定条件下可以用双搭接连接来代替单搭接连接以获取更大的承载能力。随着老化时间的增加,搭接接头失效形式从内聚失效变为混合失效并伴随纤维撕裂的出现,老化时间越长,纤维撕裂越明显,通过SEM电镜观察到老化后的CFRP树脂明显减少,CFRP基体与树脂间结合力降低,导致其更容易发生纤维撕裂现象。     

实体单元焊点模型在前纵梁碰撞仿真中的应用

为了提高碰撞仿真中汽车前纵梁焊点的模拟精度,应用LS-DYNA软件,建立了壳单元模拟母材、单个实体单元模拟焊核和热影响区的焊点模型。母材材料特性及焊点失效参数分别通过板材拉伸试验及焊点杯形拉伸试验获得。采用数值KSⅡ试验对该焊点模型在母材网格不同偏置情况下的内力进行了研究。基于经验证的纵梁有限元模型对前纵梁碰撞进行了仿...     

铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能及失效机理分析

为深入研究铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能和失效机理,本文选取铜合金H62同种组合及与镀锌钢的异种组合进行单搭及T型试件压印-粘接复合连接,借助MTS材料试验机对试件进行拉伸-剪切试验及剥离试验,采用SEM扫描电镜对典型失效断口进行微观分析,分析试件的失效强度及失效模式,测试铜合金压印-粘接复合连接接头的静力学性能,结果表明:铜钢板压印-粘接复合连接的抗剪切强度远优于抗剥离强度,且其接头强度主要由粘接剂决定,失效模式取决于压印结构成型情况.H62-H62压印-粘接复合接头的抗剪切力强度均值为5 021.52 N,抗剥离强度均值为943.05 N,接头为拉脱失效伴随轻微擦伤;H62-镀锌钢压印-粘接复合接头的抗剪切强度为H62-H62接头的1.2倍,失效模式为颈部断裂;抗剥离强度为H62-H62接头的2.3倍,接头为"上板撕裂"失效.     

压印接头强度的有限元模型及理论计算方法

建立了压印接头拉剪强度模型并提出接头强度的理论计算方法。建立了压印连接成形的二维模型,模拟压印成型过程并分析金属流动规律,模拟结果与试验结果一致。由压印连接过程的模拟结果得到压印接头的三维模型,由此三维模型模拟接头的拉剪过程,得到接头的载荷-位移曲线和失效形式,模拟结果与试验结果一致,求解误差为3.4%。根据压印接头拉剪的两种失效形式(颈部断裂失效和上下板分离失效),提出了压印接头的理论计算公式。并由12种压印接头对计算公式进行验证,求解结果与试验结果吻合,最大强度误差为8.9%。     

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.     

尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.     

陶瓷球栅阵列封装热致疲劳寿命分析

建立改进的整体与局部(global/local)相结合的有限元模型,并用模型对FF1152(1152-Ball Flip-Chip Fine-Pitch BGA)中的复合焊点用有限元软件MARC进行应力应变以及塑性功累积分析,确定了最危险焊点位置;同时根据以上分析结果,采用Darveaux等人提出的塑性能量累积方程,在循环温度0～100 ℃的加速失效条件下,预测危险焊点的热疲劳寿命,所得结果与国外相关文献数据相一致.首次利用Nastran软件的优化功能和手动拟合相结合的方法确定等效焊点的等效参数,与真实焊点的比较结果显示,等效的结果总体误差为3.01%,表明改进的三维有限元模型是非常准确而有效的分析模型,并可以用来方便地分析不同类型的SMT封装.     

SABI333焊点拉伸性能及晶界对焊点拉伸性能影响

为了研究焊点拉伸力学性能,选取尺寸相同、晶体取向相似的Sn3.0Ag0.5Cu(SAC305)钎焊接头与Sn3.0Ag3.0Bi3.0In(SABI333)钎焊接头进行相同拉伸速度的拉伸实验.同时,选取SABI333钎焊接头中尺寸相同的单晶焊点与孪晶焊点进行相同拉伸速度的拉伸实验.利用EBSD与SEM对焊点的晶体取向和表面形貌进行表征.结果表明:SABI333焊点的抗拉强度远高于SAC305焊点,并且2种不同成分的焊点呈现完全不同的断裂方式. SAC305焊点发生韧性断裂,SABI333焊点在发生微量塑性变形之后断裂. SABI333焊点中单晶焊点和孪晶焊点在拉伸过程中表现出不同的拉伸性能.孪晶焊点在拉伸过程中未发生塑性变形,并且在钎料基体与铜棒交界处断裂.     

火焰法原位生长碳纳米管增强TC4的熔融粘接性能

以不锈钢网,预浸料和热塑性树脂薄膜构筑加热粘接植入体,利用脉冲电阻熔接技术连接TC4合金。以火焰法原位制备的碳纳米管(CNTs)作为熔接界面的增强剂,借助扫描电子显微镜和静态接触角测试仪分别对改性前后的TC4合金表面形貌和粗糙程度进行分析。对表面改性后的TC4合金进行熔融粘接,并对熔接件进行单搭接拉伸剪切试验,以评估接头的强度。结果表明:CNTs改性后的TC4合金表面元素类别及含量发生改变,粗糙程度增加,接触角从61°上升到127°。TC4合金表面的CNTs涂层与聚醚酰亚胺(PEI)树脂形成机械互锁结构增强熔接接头的力学性能,使最大剪切强度(LSS)提升65.3%。接头失效分析显示,CNTs的存在使失效模式从层间分离转变为植入体断裂。     

公路桥梁板式橡胶支座失效标准研究

通过对山西省3条高速公路上的板式橡胶支座进行现场调研,确定了该类型支座存在的主要病害问题是支座局部脱空和支座剪切变形.然后通过单轴拉伸试验、双轴拉伸试验和平面剪切试验得出运营桥梁支座实际的特性参数.通过建立板式橡胶支座的有限元模型,分析得出橡胶支座的极限脱空率和极限剪切角.最后通过软件试算,模拟局部脱空和剪切变形两种病害同时存在的情况下支座的受力,拟合出板式橡胶支座在两种病害同时作用下的失效判别公式和失效曲线,如果局部脱空和剪切变形的组合满足失效判别公式或者在失效曲线范围之外,说明支座失效.研究得出的失效标准可以为板式橡胶支座的更换提供依据,具有较高的工程应用价值.     

含缺陷管式褐煤干燥机用钢焊接接头低温下的安全评定

在设备内部载荷、裂纹尺寸及材料低温性能已知的情况下,采用我国《在用含缺陷压力容器安全评定》(GB/T19624-2004)标准中简化评定针对某褐煤干燥机管板用钢Q370R焊接接头焊缝处外表面裂纹进行了安全评定,并给出了失效评定图,同时根据标准计算出该焊接接头最大容许等效裂纹尺寸。结果表明,评定点位于曲线定义的安全范围内,但等效裂纹尺寸大于最大容许等效裂纹尺寸,根据标准该结构不安全必须进行返修。将GB/T19624-2004安全评定标准应用于管式褐煤干燥机结构,为国内含缺陷Q370R钢结构的安全评定奠定基础。