搭接长度对钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接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不同搭接长度的单搭接接头。利用数字图像相关技术（DIC）、万能试验机等表征方法,对接头拉伸应变与极限载荷进行表征,研究了搭接长度对异质材料单搭接接头胶接性能与破坏模式的变化规律。结果表明,随着搭接长度的增加,单搭接接头极限载荷提升,胶接强度降低,高搭接长度接头出现渐进损伤;偏心弯矩引起的接头偏移减少,搭接部位纵向应变区域面积占比降低;芳纶纤维复合材料层间破坏模式增多,钛合金?胶层界面破坏模式减少,剥离复合材料层数增加。     

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。     

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。     

复合材料单搭接胶接头破坏声发射监测

采用声发射技术对单向拉伸载荷作用下复合材料单搭接胶接头的剪切破坏试验进行实时监测的方法,研究搭接长度对单搭接胶接头损伤破坏的影响规律及其相应的声发射响应特征。结果表明,随搭接长度的增加,引起单搭接胶接头的受力不均匀性增加,损伤易发生在胶层边缘应力集中区域,胶接头承载能力不断上升的同时,平均剪切应力逐渐降低;胶层边缘应力集中更明显,从而出现较多的声发射信号,且幅度在60~80 dB的声发射信号明显增多,声发射撞击累积数有上升趋势。声发射相对能量、幅度分布等声发射信号与胶层的损伤破坏过程相对应。     

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。     

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...     

循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验研究

复合材料胶接结构损伤变形和演化行为的实时表征对其服役的安全性和可靠性评估具有重要的意义。结合数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")和声发射(Acoustic Emission,简称"AE")技术,研究循环拉伸加载条件下复合材料单搭接界面的损伤变形与破坏行为。依据单向拉伸失效载荷均值,取准静态破坏载荷的70%和80%分别进行循环拉伸加载实验。通过不同阶段复合材料胶接界面的损伤变形场、应变场信息及演化过程中获取的AE信号,分析循环加载下复合材料单搭接界面损伤破坏的力学机制与实时变形和AE特征信号的对应关系。结果表明,复合材料单搭接试件损伤破坏的实时微位移场特征和AE相对能量、撞击累积数及幅度谱等反映了胶接界面微裂纹的萌生及扩展行为。随应力水平的升高,复合材料单搭接试件破坏前的循环次数呈递减趋势。     

不同工艺条件对M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层间性能的影响

采用共固化和共胶接两种不同工艺条件制备了M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层合板,研究了两种工艺对复合材料层合板层间性能和胶接质量的影响。结果表明,共固化工艺制备的复合材料层合板的Ⅰ型临界应变能释放率(简称临界G_ⅠC)和II型临界应变能释放率(简称临界G_ⅡC)比共胶接工艺分别低8.4%和8.7%,但共固化工艺的Ⅰ型扩展应变能释放率(简称扩展G_ⅠC)和Ⅱ型扩展应变能释放率(简称扩展G_ⅡC)比共胶接工艺分别高24.0%和15.9%。此外,共胶接工艺层合板的胶层厚度比共固化工艺厚,更容易发生内聚破坏,且破坏主要发生在胶接层界面。     

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。     

胶接碳纤维复合材料层合板拉伸性能及有限元模拟

使用自动铺带工艺制得胶接的碳纤维复合材料层压板试验件,通过轴向拉伸测试,测得了整个试验件的载荷-位移曲线和检测点附近的应变-载荷曲线。试验结果表明,在拉伸载荷作用下试件发生层间剪切破坏,由于胶层的剪切强度高于层合板的层间剪切强度,破坏并没有发生在胶接面内,而是发生在胶层以外的层合板的层间。建立了相应的有限元模型,模拟结果和试验结果的一致说明了有限元模型的合理性。     

折曲单搭接胶接接头应力分布探讨

在同轴单搭接胶接接头的基础上,设计了一种新型折曲单搭接胶接接头。通过有限元方法研究了折曲胶接接头和同轴胶接接头的应力分布规律。研究结果表明:折曲单搭接胶接接头搭接区两端的应力峰值下降幅度均超过40%,并使搭接区出现应力峰值的位置从搭接区端部转移到中部,从而显著地提高接头的承载能力。当L1=7.5 mm时,胶层中应力分布较为理想,各应力呈对称分布,是一种优于普通同轴的胶接接头形式。     

胶接面纤维铺层角度对复合材料胶接应力和强度影响分析

为研究复合材料胶接面铺层对接头强度的影响,以单搭接接头为研究对象,通过铺层设计使接头的被粘物具有相同的拉伸模量和弯曲模量,但胶接面的铺层角度不同,使用有限元法对不同铺层的接头进行建模,分析接头胶接面和胶层的应力,引入Tsai-Wu失效因子对胶接面铺层进行评估。结果表明:胶接面铺层角度对应力分布有一定影响,0°胶接面会造成较大的胶层应力,但胶接面的应力和失效因子较小;90°铺层下胶层应力最小,但胶接面的应力和失效因子水平较高;45°下胶接面的失效因子和胶层应力水平介于两者之间。通过与实验结果对比,得出了胶接面铺层角度影响接头强度及破坏模式的一般性规律。     

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%。     

复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏声发射监测

利用声发射技术实时监测复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏的全过程,研究了不同胶接长度的复合材料胶接头破坏的力学性能以及声发射信号响应特征。结果表明,界面破坏是复合材料胶接头的主要破坏模式,胶层边缘的应力集中导致整个胶层的破坏。缺胶缺陷降低了复合材料胶接头的承载能力。声发射信号的相对能量、幅度和撞击累计数与试件损伤破坏的过程相对应,因此,声发射信号的动态特征可为风电叶片胶接头的无损检测和健康监测提供依据。     

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。     

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。     

金属胶接接头拉剪破坏过程分析

对结构钢接接头在拉剪载荷作用下的破坏过程进行了分析讨论。测定了被粘物破坏面的是微硬度并考察了胶层厚度，搭接长度变化时的情形。结果表明：现有拉剪载荷作用的力学模型不能说明接头的实际破坏过程。     

复合材料胶接结构的全场应变分布研究

复合材料结构胶接连接具有高的结构效率并且是减轻结构重量的一种措施。复合材料胶接结构的静载失效机理复杂,因此本文采用更为全面的数字图像相关技术对全场应变分布进行研究。通过对平衡型复合材料单搭接接头进行拉伸失效试验,并采用数字图像技术研究全场应变,采用电阻应变片接触式测量方法进行对比分析,最后系统地研究了拉伸作用下的平衡型复合材料单搭接接头的表面轴向应变分布及厚度截面的剪应变分布。     

碳纤维复合管-铝合金胶接接头拉伸性能研究

以直径为80 mm,壁厚为1 mm的碳纤维复合管-Al合金胶接接头为研究对象,通过整体拉伸试验比较了不同胶接长度、胶层厚度、外加紧固件对接头破坏载荷的影响。结果表明:胶接面的破坏载荷随着胶接长度的增大先增大后减小,随着胶层厚度的增大而降低。随着胶接长度和厚度的增加,胶接面由复合材料分层破坏和部分胶层的剪切破坏转向胶接界面剥离破坏。在胶接面上施加紧固件能够抵消部分附加弯矩引起的剥离应力,从而提高接头的破坏载荷。胶接长度为100 mm,胶层厚度为0.01 mm～0.02 mm,施加三条非均布紧固件的胶接面能够承受最大为255 kN的破坏载荷。     

胶层尺寸对单搭胶接接头性能的影响研究

针对汽车车身中应用日益广泛的钢板胶接结构,通过试验得到了不同胶层尺寸对胶接接头承载能力的影响规律,建立了钢板单搭接头的三维弹塑性有限元模型,分析了胶层尺寸对胶接接头应力分布的影响.研究结果表明:随着胶层厚度的增加,胶接件的承载能力呈先升后降的趋势,合理的胶层厚度应为0.3-0.5 mm;无论胶层厚度为多少,增加搭接区域胶层的长度或宽度.均会提高胶接件的承载能力.