基于试验与数值模拟对比的钛合金压印接头研究

选取TA1钛合金进行同种板材单搭压印连接,选用ANSYS/LS-DYNA模块模拟压印连接的成形过程,对数值模拟的接头截面与试验接头截面进行对比分析。同时,对试验所得压印试件进行拉伸-剪切试验,观察其失效过程和失效模式。建立三维模型模拟压印试件拉伸-剪切试验过程。试验与模拟对比研究的结果表明:ANSYS/LS-DYNA模型可以形象直观反映被连接薄板在压印过程中的材料流动与变形情况,能较好的模拟压印连接的成形过程。拉伸-剪切数值模拟准确反映了试验过程中接头应力集中及应力分布情况。     

铝锂合金压印-点焊复合连接接头力学性能分析

分别采用压印连接和压印-点焊复合连接方式对铝锂合金AL1420进行连接,通过对拉伸-剪切试验后失效接头和得到的载荷-位移曲线进行观察和分析,对各组试件进行失效形式和力学性能的对比研究,并对不同焊接电流对接头产生的影响进行探讨。结果表明:焊接电流能有效改变压印接头性能。压印-点焊复合连接较压印连接接头断口处截面变形严重,但接头力学性能优于压印连接接头性能,并且焊接电流每增大1 k A,接头承载力以1. 05倍速率增加;压印-点焊复合连接接头较压印连接接头具有更好的能量吸收特性,并且随焊接电流的增大,能量吸收性能提高。     

非金属夹层三明治结构自冲铆接头力学性能

为探究非金属材料作为自冲铆接头夹层的力学性能,选取1.5 mm的5052铝镁合金为上下基板,分别以厚度为1mm的CFRP、1 mm的PC及0.1 mm的PET为夹层材料制备单搭式自冲铆接头,对各组接头沿子午线剖面进行成形质量评价,用MTS电液伺服材料试验平台对接头进行拉伸-剪切试验,分析最大破坏载荷与能量吸收值,对接头破坏位置进行SEM电镜扫描,分析其破坏形式。结果表明:自冲铆接技术可对非金属夹层三明治结构进行有效连接,接头破坏形式均为铆钉拉脱、铆扣结构破坏、内壁刮痕;夹层材料为PC板时,接头内锁结构更好,其破坏载荷及能量吸收值均优于以CFRP、PET为夹层材料的三明治结构自冲铆接头。     

材料属性对压印及其复合接头性能的影响

对三种铝板的压印接头与压印-粘接复合接头进行拉伸剪切试验,研究基板性能对压印及其复合接头力学性能与失效模式的影响。结果表明:基板性能对压印及其复合接头力学性能有较大影响。当基板强度高时,压印接头强度高且失效位移长,压印-粘接复合接头中粘接剂对压印接头强度影响小,而对失效位移与能量吸收能力影响大。压印接头失效模式均为颈部断裂失效;当基板强度大时,复合接头中粘接层失效模式为混合失效,当基板强度小时,粘接层失效模式为界面失效。     

泡沫金属夹层板自冲铆接头的疲劳性能及失效机理

对铝合金自冲铆接头及泡沫金属夹层结构自冲铆接头进行疲劳实验,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的F-N曲线,分析接头的疲劳寿命及泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响;采用扫描电子显微镜对接头的疲劳失效断口进行观测,分析其微观失效机理。结果表明:泡沫金属夹层缩短了自冲铆接头的疲劳寿命,不同泡沫金属夹层对自冲铆接头疲劳性能的影响具有差异性,在高疲劳载荷下泡沫铜夹层接头疲劳性能更优。三组接头疲劳失效形式都为下板断裂,在高疲劳载荷下裂纹易在铆扣区域萌生,在中低疲劳载荷下裂纹萌生于下板一侧,沿铆扣区域下侧向板材另一侧扩展。     

粘接剂对1420铝锂合金压印接头疲劳性能的影响

压印连接以高效率、低能耗的优点在薄板材料连接中被广泛应用,但其连接强度相对较低,鉴于此,压印-粘接复合连接应运而生。本文以1420铝锂合金为原材料,制备了1420同种材料组合的压印接头及压印-粘接复合接头并进行对比。通过拉-剪静态力学试验测定两种接头的静力学强度及承载能力,通过拉-拉动态疲劳试验测定两种接头的动态疲劳性能,采用三参数法拟合疲劳寿命曲线,并对疲劳失效断口进行分析。结果表明:压-粘接头的静强度比压印接头提高了108.17%,接头承载能力提高169.63%。在短寿命区,两种接头均为颈部断裂失效;在中长疲劳寿命区,压-粘接头的疲劳寿命优于压印接头,压-粘接头疲劳断裂位置为压印点,压印接头疲劳断裂位置为下板。对疲劳断口进行SEM分析,发现两组疲劳断口均呈现韧性断裂与脆性断裂同时出现的特征。     

SUS304不锈钢点焊与胶焊接头的疲劳强度分析

通过拉剪实验测定1.5mm厚SUS304不锈钢点焊接头、胶焊接头的抗拉强度,并开展疲劳实验,获得不同应力水平下两种接头的疲劳寿命,得到两种接头的载荷-寿命曲线;借助扫描电镜分析接头疲劳失效过程。结果表明:当焊接电流为10.0kA、焊接时间为80ms、电极压力为0.5 MPa时,能获得较好的胶焊接头。在此焊接参数下,点焊接头、未固化胶焊接头和固化胶焊接头的平均失效载荷分别为12 825.5N、10 345.6N、10 022.9N;在疲劳实验载荷-寿命曲线的有限寿命区内,SUS304不锈钢胶焊接头的疲劳强度均大于点焊接头;点焊接头和胶焊接头的疲劳失效形式主要由母材眉状裂纹失效和界面撕裂失效两种形式组成;胶焊接头的疲劳失效过程中,首先是胶层粘接失效,随后疲劳裂纹从板间内表面热影响区边缘萌生,沿板厚与板宽方向扩展直至发生疲劳失效。     

TA1钛合金单搭自冲铆接头微动磨损机理

对TA1钛合金单搭自冲铆接头进行疲劳实验研究接头失效形式;用扫描电子显微镜和X射线能谱线扫描研究铆钉各部位微动磨损程度的差异和接头微动磨损机理;采用威布尔分布验证数据有效性。结果表明:接头疲劳失效形式主要为上板断裂,高周疲劳均为上板断裂,低周疲劳为上下板混合断裂;微动磨屑包含氧、钛、锌和锡元素,铆钉头部微动磨损程度高于铆钉腿部。微动磨损区出现严重脱层、微动磨屑堆积和微裂纹萌生等现象,随着微动磨损及剪切力共同作用导致接头断口部位出现大量微裂纹并逐步沿深度和宽度方向扩展为宏观裂纹,最终导致接头疲劳失效。     

钛合金点焊接头的超声扫描及强度分析

利用超声波C扫描法对1.5mm厚的钛合金板点焊接头进行超声成像检测;分析了不同焊接电流下获得接头的A扫描信号和C扫描图像特征;对接头进行了拉伸-剪切试验,测试了接头的强度。结果表明,通过观察C扫描图像的特征与A扫描信号的变化,能够很好地划分点焊接头的热影响区、熔合区、熔核区以及焊接缺陷;随着焊接电流(7~11.5kA)的逐渐增大,接头熔核直径呈递增趋势,相应的失效载荷均值从8392.8N增加到11553.0N;当电流为11.5kA时,接头出现飞溅,但是由于飞溅并没有与熔核相连,接头的失效载荷与能量吸收值均有所增加。     

泡沫镍三明治结构压印接头力学性能及其断口分析

为研究泡沫镍作为压印接头夹层的力学性能,选取AA5052铝合金板材以及1、1. 5、2 mm泡沫镍进行压印连接,利用电液伺服材料试验机对接头进行拉伸-剪切试验,采用扫描电子显微镜(SEM)对失效断口进行观察,对接头的失效模式、最大载荷以及能量吸收能力进行分析。结果表明,泡沫镍夹层三明治结构压印接头成形效果良好;夹层厚度对三明治结构压印接头宏观失效形式并无影响,均为颈部断裂;接头微观断口主要为韧性断裂;当夹层厚度为1. 5 mm时,接头的力学性能更加优异。