自冲铆接头钉脚张开度预测模型及计算方法研究

钉脚张开度是自冲铆接头成形质量评价标准之一,决定接头的力学强度。为验证自冲铆接头钉脚张开度的预测公式及计算方法,以6组不同工艺参数的自冲铆接头的载荷-行程曲线确定铆钉脚由刺穿转为扩张的关键点,得到关键点位移和总位移,结合铆接工艺参数得到钉脚张开度的预测值。结果表明:自冲铆接头钉脚张开度与板材厚度、板材强度、铆钉尺寸、铆钉硬度和模具尺寸有关;6组试验结果与预测结果误差均值在4.3%以内,表明预测公式和计算方法能很好预测自冲铆接头钉脚张开度数值,可实现钉脚张开度的在线无损检测。     

钛合金薄板自冲铆接工艺及失效行为研究

基于自冲铆接(SPR)技术,从降低板材硬度和提高铆钉硬度两个角度,实现了对TA1钛合金薄板的有效连接,并制备了TH(降低板材硬度)和TR(提高铆钉硬度)两组钛合金自冲铆接头。通过力学试验研究了两组接头的静力学和疲劳性能,并且基于三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制出接头S-N曲线。最后,从宏观角度分析两组接头的失效行为,并利用高真空扫描电镜(SEM)进行TR接头的微观断口分析。结果表明:从自冲铆接技术优势和工程实际角度考虑,TR接头的铆接方式比TH接头更具实际操作意义。TH接头的静失效载荷和能量吸收性能均优于TR接头;且两组接头的静力学失效形式均为铆钉断裂。而TR接头疲劳性能更优,且两组接头均出现了下板断裂和铆钉断裂的多种疲劳失效形式。此外,依据SEM观测结果推断出因下板断裂而失效的TR接头,其疲劳裂纹源于铆钉脚应力集中点,且首先沿板宽方向扩展,后沿板厚方向延伸,直至接头完全断裂失效。而因铆钉断裂而失效的TR接头,其断口呈现出典型的疲劳脆性断裂特征。     

钉脚张开度对自冲铆构件机械内锁刚度的影响

利用数字图像分析技术研究了铆钉张开度对自冲铆接头机械内锁结构刚度的影响.借助材料性能试验机对具有不同铆钉张开度的5052铝合金板自冲铆接头进行单向静拉伸试验,加载过程中利用CCD获取自冲铆机械内锁结构形变的图像序列,利用图像相关分析计算不同载荷水平下铆钉脚与底板的滑移错动量,建立滑移-载荷曲线,并据此评估结构件刚度大小;建立自冲铆接头有限元模型,对比分析不同钉脚张开度的自冲铆机械内锁的失效过程.结果表明,在受载状态下,自冲铆接头存在一个临界滑移启动载荷值,当外载荷小于此临界值时,机械内锁结构保持相对完整,处于弹性变形阶段;大于此临界值时,滑移错动量明显增大,结构发生塑性大变形,并最终呈现脱离失效模式.其次,钉脚张开度对自冲铆构件的强度和刚度影响较大,提高钉脚张开度有助于增大构件整体刚度.     

基于响应面法的自冲铆-粘接复合接头强度预测

为建立可快速预测铆接参数对自冲铆-粘接复合接头力学性能影响的模型,基于响应面法对AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金板材开展了自冲铆-粘接复合连接工艺实验研究。以板材硬度、胶层厚度及刺穿压强为自变量,失效载荷值和能量吸收值为响应值,建立各因素与优化目标的响应面回归模型,并通过实验验证模型的可靠性。研究结果表明：该回归模型预测结果值与实验结果误差小于10%,即模型显著性较高,可用来预测自冲铆-粘接复合接头的静力学性能。在单因素作用下,失效载荷值受各因素影响顺序为：板材硬度>刺穿压强>胶层厚度,各因素对能量吸收值影响情况为：板材硬度>胶层厚度>刺穿压强。板材硬度对失效载荷值与能量吸收值的影响最为显著,并且随板材硬度的增加,两者皆呈先增加后减小的变化趋势。在交互作用下,板材硬度和胶层厚度对失效载荷值影响最大,刺穿压强与胶层厚度对能量吸收值影响最显著。通过对模型预测结果分析可得：在确保接头质量的情况下,适当增大刺穿压强可有效提高接头能量吸收值。使用粘接剂时,胶层厚度须控制在0.5～0.9 mm才能与其余两因素相互配合,达到最好的铆接效果。     

TA1纯钛与1420铝锂合金异质薄板自冲铆接微动疲劳特性

基于自冲铆接技术研究TA1工业纯钛(TA1)与1420铝锂合金(AL1420)异质薄板组合的可铆性,并采用硬度≥44HRC和≥46HRC的铆钉分别制备TA1/AL1420 (TAF),AL1420/TA1(ATF)和TA1/AL1420(TAS) 3组接头。在拉伸-剪切实验的基础上进行了高周疲劳实验,拟合出各组接头的F-N曲线,进一步利用电子扫描显微镜和能谱仪分析了各组接头的微动磨损机理。结果表明:ATF接头的疲劳强度相对较优,TAS接头则在中高载荷水平下优于TAF接头;各组接头的疲劳失效均始于微动磨损区域,微动磨损导致疲劳裂纹的萌生;微动磨屑现象的剧烈程度是影响疲劳强度的重要因素。在不同疲劳载荷水平下,发生剧烈微动磨损的区域不同,使得疲劳裂纹的萌生区域存在差异,最终导致同种接头出现不同的失效模式。     

铝合金自冲铆接微动行为研究

选择两组不同厚度铝合金板制成SA15和SA25自冲铆接头并进行疲劳实验,用威布尔分布验证实验数据有效性,用疲劳三参数经验公式拟合接头S-N曲线并对比分析接头疲劳性能,用扫描电子显微镜研究接头微动行为以探索疲劳失效与微动磨损的关系。实验数据服从威布尔分布,表明数据可靠。三参数经验公式较好地拟合接头S-N曲线,SA25接头疲劳性能优于SA15接头,且在中低疲劳寿命区域SA25接头疲劳性能的优越性更为突出。SA15接头失效于上板靠铆钉头,而SA25接头失效于下板沿纽扣。SA15接头在铆接区两板间微动磨损较严重,SA25接头在下板与铆钉腿部微动磨损较严重。疲劳失效部位与微动磨损剧烈部位重合,表明微动磨损是导致接头疲劳失效的重要因素之一。     

连接结构对压印及压-粘复合接头力学性能的影响

以5182铝合金为研究对象,选用不同板材作为搭接片,制备了对搭压印接头和对搭压印-粘接复合接头(压-粘复合接头)并进行了力学性能的对比。通过静力学和疲劳试验,获得了接头的静强度和疲劳性能,并采用三参数法拟合疲劳寿命曲线。结果表明,同质接头的搭接形式以及搭接片位置对接头静强度和失效形式无显著影响,但粘接剂的使用导致接头的静强度得到了明显提升,并且搭接片在上方更有利于提高压-粘复合接头的静强度。使接头静强度达到了5182铝合金本身的83%。压-粘复合接头的疲劳性能良好,使压印连接技术的应用范围得到了扩展。当疲劳载荷水平较小时,压-粘复合接头受到的疲劳载荷主要集中在搭接片上,因此应选用强度较高的板材作为搭接片。     

铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理

自冲铆是轻量化材料的有效连接技术,为促进该技术的广泛应用,文中基于两组铝合金自冲铆接头,采用疲劳测试、统计方法、断口分析和X-射线能谱仪元素分析,获得接头疲劳特性和断口典型部位微观组织特征,从而对铝合金自冲铆接头疲劳性能及失效机理进行研究。结果表明,随着疲劳载荷降低,接头疲劳寿命稳定性和相对滑移量下降。由于多铆钉接头有效减小了应力集中,其疲劳强度比单铆钉接头提高了31.36%~23.14%,且多铆钉接头的疲劳寿命稳定性较高。多铆钉接头中存在首要和次要承载顺序,疲劳断裂表面为首要承载顺序所在位置。接头疲劳宏观失效模式均为下板断裂,疲劳裂纹主要萌生于铆钉管腿与下板接触部位,微振磨损区域自铆钉管腿底部向铆钉头方向生长。减缓该部位的摩擦作用,可有效延迟疲劳裂纹萌生和减缓裂纹扩展,从而提高接头疲劳寿命。     

DP780胶接点焊试件拉伸损伤过程的声发射特征分析

针对1.2 mm厚的DP780高强钢板,进行胶接点焊响应面实验.采集胶焊接头拉伸过程的声发射信号,拟合拉伸过程撞击计数的历程图,对信号进行小波包分解并分析归一化能量特征,对比分析胶焊接头界面撕裂与基板撕裂失效形式声发射信号时域及频域特征,并建立胶层失效时的累计撞击计数与焊接工艺参数之间的回归模型.结果表明:界面撕裂与基板撕裂失效形式在屈服和断裂阶段产生声发射信号,且两种失效形式对应阶段频率分布相似,屈服阶段与断裂瞬间频率分别分布于31.25～281.25 kHz和31.25～125 kHz,但界面撕裂失效在胶层断裂瞬间比基板撕裂失效产生更多组声发射信号;胶层失效时累计撞击计数与焊接电流存在负相关性.     

夹层结构自冲铆接头的腐蚀行为及力学性能

通过盐溶液周期浸润腐蚀试验,研究以AA5052铝合金为基板的泡沫铁镍夹层结构自冲铆接头的耐腐蚀性能,并用扫描电镜观察接头的腐蚀产物,再对各腐蚀时间的接头进行拉伸-剪切试验,探究夹层结构自冲铆接头的腐蚀行为,并揭示腐蚀对接头力学性能的影响。此外,总结了周浸腐蚀对接头能量吸收能力的影响规律。结果表明:不同腐蚀时间接头的拉伸失效模式变化的原因与其内部的腐蚀行为相关;接头的残余抗剪强度随周浸腐蚀时间的增加呈先增加后递减的趋势,失效位移和能量吸收值在周浸腐蚀前30 d先减小再增加,而30 d以后逐渐减小,这主要是受接头内部界面上腐蚀产物形貌演变的影响。