复合材料与金属接头胶接建模精度研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一，在初步设计阶段，一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。本文针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头，在tsai等人的理论分析方法（tom方法）基础上，提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法，认为胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形，剪应力沿这个半厚度呈线性分布。分析结果比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果。本文的方法可用于复合材料胶接接头参数优化设计。

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在tsai等人的理论分析方法(tom方法)基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明:本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。

随着复合材料在航天技术和汽车工程的广泛应用,复合材料胶接工艺在实际工程应用中获得了举足轻重的地位,胶接工艺技术得到更加快速的发展。本文对碳纤维复合材料单搭接接头建立力学模型,加载横梁弯曲理论估算的载荷,分析胶接接头的剪应力和正应力分布情况,验证了材料屈服强度估算接头能承受的最大拉伸力的合理性。

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60~80db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。

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利用有限元方法对某型号复合材料易碎盖连接结构中的双面搭接胶接接头的受力状况进行了数值模拟。讨论了在温度变化时,由于组成接头的各种材料热膨胀系数不同造成的热应力对接头力学性能的影响。分析过程中,将总体分析所得节点位移结果作为载荷施加在局部模型上,计算得到接头局部应力分布情况,结合最大应力准则与蔡-吴准则判断材料的破坏情况。所得结果可用于预测结构件高温时的力学性能,同时对接头参数的优化设计起指导作用。

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?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 修稿日期:1998206208;修订日期:1998207204 基金项目:航空科学基金、博士后基金资助项目 　　文章编号:100026893(1999)0420381203 技术简讯 复合材料补片胶接修理技术的研究进展 徐建新 (中国民用航空学院机电系,天津　300300) advancesinthedevelopmentofbonded repairswithcompositepatches xujian2xin (dept.ofmecha.andelect.engin.,chine

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研究了不同的胶接工艺对于复合材料胶接性能的影响。对于已经固化的复合材料,对比了使用sy-d15表面处理剂前后胶接性能的变化。结果表明:sy-d15表面处理剂不仅能够显著提高胶接试样的剪切强度,而且对于提高复合材料胶接体系的剥离性能也有明显的作用。复合材料的树脂基体对胶接性能具有显著的影响,增韧的环氧基复合材料和环氧胶黏剂之间的粘接效果最好。碳纤维预浸料和胶黏剂之间的共固化取得了极好的胶接性能。

金属材料与复合材料

介绍了复合材料管件胶接接头的拉脱力测试条件及结果,分析了胶粘剂材料对铝合金接头,以及接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响。结果表明,国产j-133胶粘剂剪切强度≥20mpa,铝合金接头的失效形式为复合材料管件胶接区的纤维层间剥离破坏,胶粘剂破坏载荷优于复合材料层间结合力;对于预浸料模压成形和三维编织rtm成形的复合材料接头,按使用状态安装m8铰制孔用螺栓进行拉脱力测试时,实验现象均为螺栓先发生弯曲变形,从而导致接头开孔处同时承受拉伸和挤压两种载荷,最终失效载荷基本相当,且均为接头开孔处破坏,接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响可以忽略。所得结果可为产品设计和性能评估提供参考。

介绍了复合材料管件胶接接头的拉脱力测试条件及结果,分析了胶粘剂材料对铝合金接头,以及接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响。结果表明,国产j-133胶粘剂剪切强度≥20mpa,铝合金接头的失效形式为复合材料管件胶接区的纤维层间剥离破坏,胶粘剂破坏载荷优于复合材料层间结合力;对于预浸料模压成形和三维编织rtm成形的复合材料接头,按使用状态安装m8铰制孔用螺栓进行拉脱力测试时,实验现象均为螺栓先发生弯曲变形,从而导致接头开孔处同时承受拉伸和挤压两种载荷,最终失效载荷基本相当,且均为接头开孔处破坏,接头制造工艺对复合材料接头拉脱力的影响可以忽略。所得结果可为产品设计和性能评估提供参考。

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