国产MT700碳纤维复合材料螺栓连接强度实验研究

对国产MT700与进口T700S碳纤维复合材料单螺栓连接结构的静拉伸强度进行实验研究,分析了两种材料的载荷-位移曲线特征、连接强度特性及破坏形式。实验结果表明:国产MT700/603层合板连接部位的承载能力及结构稳定性均优于进口T700S/603层合板,M5及M6单螺栓连接破坏强度分别提高了12%和10%;另外,国产MT700/603层合板胶-螺混合连接有效提高了整体连接强度和安全设计裕度,胶层破坏后,M5与M6单螺栓胶-螺混合连接剩余强度系数分别达到65%和88%。     

基于ANSYS的纤维增强塑料接头连接件性能研究和结构优化

通过有限元分析的方法对纤维增强塑料接头连接件的连接方式和性能进行研究和结构优化,并结合实验法对分析结果进行验证。研究表明:机械连接因为螺栓处的应力集中,不适合作为主要受较大拉伸应力的纤维增强塑料的接头连接结构;双搭接板对接的胶接连接方式具有较小的等效应力、总体形变和接触面应力,不易发生剥离破坏,说明双搭接板对接宜作为纤维增强塑料的接头连接方式,这和实测法测得结果一致,同时验证了ANSYS有限元分析在纤维增强塑料的接头连接件的性能研究中的适用性。最后基于搭接长度对接头结构进行优化,结果表明搭接长度为70 mm的双搭接板对接方式为优化结构。     

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。     

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。     

钛合金‑芳纶纤维复合材料单搭接胶接接头渐进破坏分析

采用芳纶纤维复合材料与钛合金制备单搭接胶接连接实验件。利用万能实验机、DIC、应变采集系统等手段,对胶接接头的极限载荷、应变场、应变分布和破坏模式进行表征,分析了拉伸载荷下胶接接头的应变分布规律和复合材料层合板刚度折减规律,探究了异质材料单搭接胶接接头的破坏过程。结果表明,胶接接头破坏模式为搭接接头两端胶层界面破坏,中间部位复合材料层间破坏。接头破坏过程为渐进破坏,受载时复合材料端头产生较大的剪切应变,裂纹在此处萌生,并不断向钛合金端头扩展,扩展部位复合材料层合板刚度不断折减,直到搭接面积过小胶层突然发生界面破坏。     

CRH3高速动车组空调通风口胶接结构设计

通过理论分析和计算确定了动车组空调通风口部件与铝合金车体胶接用胶粘剂的强度指标。介绍了胶粘剂的选择及胶接结构的设计原则,考查了搭接长度、搭接宽度、胶层厚度和被粘接材料厚度等对胶接件粘接强度的影响。结果表明:车体与空调通风口部件的胶接接头选择受剪切应力作用的搭接接头较适宜,并且搭接接头的承载能力随搭接长度或宽度增加呈先快速上升后趋于稳定态势;当搭接长度为10 mm、胶层厚度为6 mm、铝合金板厚度为5 mm且常温湿固化型单组分PU(聚氨酯)胶粘剂的剪切强度超过0.23 MPa时,搭接接头的承载能力相对最大。     

复合材料螺栓连接渐近失效分析

为了研究预紧力和摩擦系数对复合材料螺栓连接强度的混合影响及其机理,使用ANSYS软件建立了复合材料层合板单钉连接的三维有限元模型。采用渗透接触法来模拟螺栓的预紧力,考虑各组件之间的接触摩擦和结构二次弯曲的影响,使用改进后的三维Hashin失效准则和Camanho退化模型,对复合材料单钉连接进行渐进失效分析。数值模拟结果与文献中的实验结果吻合良好。分析结果表明,增大接触面的摩擦系数和施加合适的预紧力均能提高接头强度。摩擦系数小时,通过增加预紧力来提高接头强度的效果不明显,反而使复合材料容易发生基体开裂。在施加预紧力的同时应综合考虑摩擦系数的大小。     

垫片尺寸对碳纤维复合材料螺栓连接单搭接挤压强度影响研究

针对碳纤维复合材料单搭接螺栓连接结构,研究不同垫片外径对螺栓连接的挤压强度及损伤的影响,并仿真分析其失效模式。发现在单搭接螺栓连接结构中,加入垫片可以提高连接的挤压强度,且强度随着垫片外径尺寸的增加而增加。当垫片外径从11.8 mm逐渐增加到13.8 mm、15.8 mm和17.8 mm时,挤压强度分别在前一基础上提升了5.76%、5.87%和2.4%。试验结果表明垫片外径增加到一定程度时,挤压强度的增强效应开始减弱,但对失效模式并没有影响,仍为挤压失效模式。在Abaqus有限元软件中建立碳纤维复合材料单搭接螺栓连接三维有限元模型,引入含拉伸分层损伤、压缩分层损伤的三维Hashin准则和改进了的Tan、Tserpes材料刚度退化模型,仿真得到的载荷-位移曲线和失效模式与试验结果相吻合。     

复合材料双钉胶-螺混合连接结构参数对失效载荷的影响

在试验验证仿真模型可行性的基础上,通过数值模拟的方法探究了复合材料的铺层顺序,混合连接结构的宽径比、端径比、孔径比等参数对钛合金-复合材料双钉胶-螺混合连接结构承载能力的影响。研究结果表明:在常用的铺层顺序中,铺层顺序为[45°/0°/-45°/90°]_(3s)时,混合连接结构的承载能力最好;增加宽径比,连接结构的失效载荷会逐渐上升,但是连接强度却逐渐下降;在一定范围内,适当增加端径比或孔径比可以提高连接结构的承载能力,当超过这个范围时,连接结构的承载能力会下降。     

胶-螺混合连接承载力的参数影响研究

针对胶层与螺栓可以协调变形的胶-螺混合连接接头,通过理论分析与实验对比的方法,研究了胶层厚度、螺栓位置、螺栓刚度等参数对胶-螺混合接头承载力的影响规律与机理,分析了现有承载力计算公式的适用范围。研究结果表明,接头相关几何力学参数的变化将影响接头的破坏形式和承载力,现有承载力计算方法有一定的适用范围。     

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。     

旋翼调整片粘接强度分析与影响因素研究

详细分析了旋翼调整片粘接剥离破坏过程和应力分布变化,并研究了粘接宽度和胶层厚度对粘接强度的影响。使用共固化制备相应的粘接试样,通过剥离试验得到接头的破坏模式及载荷-位移曲线。研究结果表明:接头有限元数值分析结果与试验相契合,接头破坏形式为调整片粘接界面的破坏,破坏为从左向右和由边向中逐渐发生失效;粘接强度随胶接宽度的增加而提高,但增长速度逐步变缓,80 mm为较优搭接宽度值;粘接强度受胶层厚度影响较小,增加厚度时粘接强度先缓慢增加后下降。     

不同胶厚对硬聚氯乙烯板搭接强度的影响

为验证不同胶层厚度对硬质聚氯乙烯(PVC)板材单搭接接头强度的影响,对不同胶层厚度的单搭接板材件进行拉伸-剪切载荷试验,确认胶层厚度会影响搭接接头的粘接效果,且胶层厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.59 MPa减小至2.51 MPa;通过有限元仿真得出,当胶层的厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.32 MPa减小到2.59 MPa;实验与仿真均得出了随着胶层厚度增加,搭接强度变弱的结果。对不同胶层厚度的搭接板材进行仿真,得出最大应力均出现在胶层的边缘位置,因此胶层边缘位置容易先发生破坏;与无胶瘤时相比,胶瘤的存在能减少胶层边缘处的应力集中现象。与无胶瘤的搭接板材件相比,胶瘤存在时的搭接板材件强度提升了20%,胶瘤的存在显著增加了搭接的强度性能。仿真结果与实验结果相比较,误差在10%内,仿真模型有较好的准确度。     

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...     

铺层结构对EP/GF复合材料沉头螺栓连接失效的影响

以环氧树脂(EP)为基体,单层玻璃纤维(GF)布为增强体,利用真空辅助树脂传递模塑工艺制备了具有[0°]_(_(6s)),[45°/–45°]_(_(3s)),[0°/90°]_(_(3s)),[90°]_(_(6s))铺层结构的EP/GF复合材料层合板,通过拉伸失效实验研究了铺层结构对复合材料层合板沉头螺栓连接承载能力的影响,并进一步分析了4种铺层结构的沉头螺栓连接层合板在拉伸时的失效行为。结果表明,[45°/–45°]_(_(3s))与[0°/90°]_(_(3s))铺层结构的层合板均发生了承载失效,具有较高的螺栓连接承载能力,其中[0°/90°]_(3s)铺层结构的层合板最大拉伸载荷最高,为6.7 k N,[45°/–45°]_(3s)铺层结构的层合板具有最大的失效位移,为14.17 mm;[0°]_(6s)铺层结构的层合板发生了剪切开裂失效,其螺栓连接承载能力低于上述两种铺层结构;[90°]_(6s)铺层结构的层合板发生了净张力失效,其螺栓连接承载能力最低。     

碳纤维复合材料低温下螺栓连接疲劳研究

本文主要围绕碳纤维复合材料(CFRP)与2024Al的连接件,研究低温环境下螺栓连接的拉-拉疲劳问题。首先进行不同环境下的拉伸实验,从中获得最大静力载荷,并通过静载破坏曲线探究不同温度下异质材料连接层合板接头的损伤过程,通过观察不同温度下的拉伸破坏现象,对比复合材料层合板纤维分层与撕裂程度,以此为依据研究低温环境对异质材料螺栓连接疲劳的影响,选用不同温度分组的层合板接头分别在各自85%、80%、75%的最大静载条件下进行常温与低温疲劳实验,实验结果拟合常温与低温下的S-N曲线。结果表明,在其他实验条件相同时,低温环境下层合板接头拉伸破坏强度相比于常温环境增强。分析疲劳曲线得出低温环境下层合板接头受疲劳载荷能力更强。     

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。     

螺栓连接对二维机织物增强复合材料拉伸性能影响的实验研究

本文主要通过对单搭接螺栓连接的二维机织物增强层合板拉伸实验的分析，讨论了螺栓连接的物理参数，织物组织结构等因素对层合板强度，断裂方式等方面的影响。     

T800碳纤维复合材料混合连接层合板钉载分布及有限元计算

采用自动铺带工艺制得混合连接的T800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-位移曲线和每一个钉孔附近的应变-载荷曲线。试验结果表明,首末两排钉承担载荷最大,中间排钉载最小。模量相对较大的胶层阻止了钉载的有效传递,破坏模式主要为钉孔挤压和层合板拉伸破坏。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。     

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.