胶螺混合连接在复合材料结构中的研究进展

复合材料胶螺混合连接由于同时具备螺栓连接和胶接的优点,在航空航天领域得到了广泛的关注。本文总结了国内外胶螺混合连接在复合材料结构中的研究进展。以均衡载荷分配、提高承载能力为目标,分别从复合材料修理与损伤容限、成型工艺与传力路径、参数影响与载荷分配、胶层剥离抑制与多钉载荷分配以及承载能力预测等方面介绍了胶螺混合连接结构的研究现状及相关成果,指出目前胶螺混合连接结构存在的问题以及可能的解决方案与发展方向,可为胶螺混合连接在复合材料结构中的进一步应用提供参考。     

胶-螺混合连接结构强度分析及影响因素研究

为深入分析胶-螺混合连接结构强度及影响因素,利用ABAQUS平台建立胶-螺混合连接三维渐进损伤模型,采用界面层损伤判据及退化方法来模拟胶层的损伤破坏。首先,将胶-螺混合连接结构强度分别与胶接结构、螺接结构强度进行对比,详细阐释胶-螺混合连接结构与胶接结构承载机理及胶接区应力分布形式;然后,分析讨论钉头形式及宽径比对混合连接结构强度和损伤形式的影响。结果表明：胶-螺混合连接结构强度优于胶接结构和螺接结构,并得到了可有效提高结构强度的钉头形式及最佳宽径比。     

复合材料结构胶接连接设计与计算

本文对复合材料结构单面搭接、双面搭接、楔面胶接、阶梯搭接、混合(胶接/螺接)接头的设计与计算分析作了广泛的讨论。 单面搭接介绍了以下内容:Hart的胶接剂应力公式与胶接剂剪力破坏极限准则以及胶接剂塑性变形效应的研究结果;Kutscha的“接头效率”概念;Lehmen的半经验方法;Dick-Son的Bonjo线性分析程序;Renton的韧性胶接头疲劳试验结果及他的Bond3、4程序;     

金属蒙皮破孔结构胶铆混合修理的疲劳性能研究

蒙皮破孔是最典型的飞机战伤形式之一,目前对其抢修的方式主要有纯铆接修理和纯胶接修理,在修复效果或修复时间上存在不足。提出利用胶铆混合方式进行蒙皮破孔修理,采用疲劳试验与有限元分析方法,针对带预置圆形破孔损伤的破孔件、铆接修理件、胶接修理件和胶铆混合修理件进行疲劳性能对比研究。结果表明：相比纯铆接和纯胶接修理方式,胶铆混合连接方式具有最佳的修理效果,混合连接中铆钉作用能有效提高胶层承载并抑制胶层剥离;胶铆混合修理方式与纯铆接相比疲劳性能更优,与纯胶接相比修理时间更短,在金属蒙皮破孔结构的战伤抢修工作中具有良好的应用前景。     

胶铆混合连接复合材料层合板结构的弹性分析

基于MSC．Patran／Nastran软件隐式非线性模块,建立复合材料层合板的铆接、胶接及胶铆混合连接三维有限元模型．计算得到不同连接方式下的应力场及位移场,通过对所得数据的对比,分析不同连接方式可能发生的破坏形式及其破坏最有可能出现的位置,得到胶铆混合连接的适用性。     

层合板干涉螺接分层损伤及其临界干涉量

复合材料层合板的干涉配合连接具有优越的性能,是飞机复合材料结构连接的发展趋势。然而,层合板在干涉连接过程中易出现分层损伤。针对以上问题,采用理论建模与有限元模拟方法研究了碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板干涉螺接过程中的分层损伤及其临界干涉量。首先,对CFRP层合板的干涉螺接工艺过程和分层损伤进行力学行为分析;然后,基于虚功原理,建立了各层界面的分层损伤临界轴向力计算模型,结合插钉力与干涉量间的关系,建立临界干涉量的预测模型,求得分层损伤的临界干涉量;最后,采用ABAQUS有限元软件对CFRP层合板干涉螺接过程进行数值模拟,应用内聚力单元建立层合板层间界面,模拟了CFRP层合板在不同干涉量时的分层损伤机理,并通过扫描电子显微镜(SEM)实验观测了细观分层损伤。研究结果显示:干涉量是影响CFRP层合板分层损伤的主要工艺参数;层合板中越靠下边的层间界面,其不产生分层损伤的临界轴向力和临界干涉量越小,即越容易产生分层损伤。     

CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析

为了提高钛合金铆钉与飞机碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）结构的连接性能,促进Ti45Nb铆钉在航空领域的广泛应用,将脉冲电流作用于压铆全程,从多方面研究了不同脉冲电流密度对CFRP铆接接头连接性能的影响规律。结果表明：脉冲电流对钛合金铆钉软化效果明显,在0～13A/mm2范围内,随着电流密度的增加,压铆力逐渐减小、铆钉镦头直径/高度比和铆接干涉量逐渐增大;此外,不同电流密度对接头静拉伸强度影响不大。     

纤维铺层方式对CFRP?铝合金单搭接胶接接头拉伸性能影响

为了分析异质材料胶接接头内部典型应力分布规律与刚度退化特点,探究不同铺层方式对异质材料单搭接胶接接头内部应力分布状态影响规律,开展试验和仿真相关研究。首先,制备不同铺层方式的CFRP（carbon fiber reinforce plastic）?铝合金单搭接胶接接头试验件,使用拉伸试验机进行拉伸试验,获得基本试验数据。其次,利用连续损伤模型、3D Hashin失效判据和Cohesive Zone Model研究异质材料胶接接头不同部位典型破坏特点。结果表明,随着复合材料板中0°铺层比例增加,胶接接头极限载荷呈现增加趋势,与之相反接头拉伸位移逐渐缩短。接头铺层方式与载荷方向共同影响胶接接头力学性能,当复合材料板内部各个方向纤维铺层较为均匀时,可以有效降低接头应力集中,载荷方向与铺层纤维方向一致时,可有效提高接头连接强度。复合材料板中0°铺层占比对接头的极限载荷和刚度退化（scalar stiffness degradation,SDEG）影响较大,0°占比越小接头承载能力越弱,接头刚度退化越复杂。      

航空金属胶接结构质量控制

一、概述 目前金属胶接的主要形式是结构胶接。胶接结构有如下独特的优点: 1.可以粘合不能用铆、焊等方法连接的金属板,箔以及微型、异形、复杂工件、可以粘合不同质的材料(如不同的金属,金属与非金属);     

面向现代飞机装配的长寿命机械连接技术

尽管各种新型连接技术(如变形连接,胶接等)在飞机制造中不断被采用,但机械连接仍是现代飞机制造的主要连接形式,约占飞机结构连接的70%以上,且主要采用铆接和螺接形式。     

复合材料双钉胶螺混合连接接头多参数优化设计北大核心CSCD

为提高复合材料双钉胶螺混合连接接头的承载能力,本文结合实验和有限元方法,利用ABAQUS建立了有限元模型并验证了其可行性,基于代理模型和遗传算法,对碳纤维复合材料板与钛合金板双钉混合连接结构的板宽、端距和孔距等参数开展了多参数优化设计。结果表明:二次多项式代理模型的预测结果精度最高;与优化前试验得到的常规混合连接接头的载荷性能相比,优化后的结构承载能力提升了44.35%。     

搭接长度对CFRP-Al双搭接接头应变分布和失效模式的影响

首先,采用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与Al制备不同搭接长度双搭接胶接试验件,利用万能试验机进行拉伸试验,获得载荷-位移曲线和胶接接头失效形貌。然后,依据试验数据,基于连续损伤力学模型和3D Hashin失效判据模拟CFRP层合板损伤与演化,使用内聚力模型模拟胶层和基体损伤,获得CFRP层间应力分布与截面应力分布曲线。最后,在此基础上分析不同搭接长度下双搭接接头载荷-位移曲线与接头破坏模式,研究CFRP内部铺层应力分布对失效形貌影响,探究不同搭接长度下双搭接接头破坏机制。结果表明：搭接长度由20 mm增加至40 mm时,胶接接头力学性能显著提高;搭接长度大于40 mm后,搭接长度对力学性能的影响逐渐减弱。拉伸载荷导致90°纤维附近基体的1和2方向应力较大,产生应力集中,接头发生剪切与剥离破坏。双搭接接头失效过程为一侧发生剪切与剥离破坏,接头转变为单搭接结构,之后瞬间发生失稳,较大的剥离力使接头另一侧发生破坏。     

复合材料胶铆混合修理应力特性分析

针对飞机复合材料机身蒙皮,应用ANSYS12.0建立了碳纤维复合材料层合板胶接修理和胶铆混合修理仿真模型,对比分析两种修理方式对修理效果的影响,并分析铆钉对胶铆混合修理胶层应力分布的影响。     

铺层方式对CFRP-Al胶接接头疲劳行为的影响

通过Abaqus建立铺层方式为[0/90]_4s、[0/45/-45/90]_2s、[45/-45]_4s的碳纤维增强复合材料(CFRP)-铝合金单搭接胶接接头有限元仿真模型，使用循环内聚力模型(CCZM)模拟胶层的损伤演化过程，通过分析接头的刚度退化、裂纹扩展以及应力分布情况，探究铺层方式对CFRP-铝合金胶接接头疲劳行为的影响。将接头的疲劳寿命试验值与仿真值进行对比，验证该模型的有效性。结果表明：从[0/90]_4s到[0/45/-45/90]_2s再到[45/-45]_4s，随着CFRP层合板中±45°铺层所占比例的增加，接头损伤累积阶段占全部疲劳寿命的比例逐渐减小，疲劳裂纹扩展阶段占比逐渐增加。CFRP-铝合金胶接接头应力主要通过纤维由CFRP端向铝合金端传播，且在±45°铺层的交叉处出现的应力集中破坏了裂纹扩展速率沿搭接宽度方向的均匀性，随着±45°铺层所占比例的增加，接头搭接区域沿宽度方向的中部裂纹扩展速率与两侧区域的裂纹扩展速率差逐渐增大，胶层破坏所呈现...     

复合材料十字型接头力学性能实验研究与数值模拟(英文)

通过拉伸和剪切试验,研究了3种不同的树脂转型模型(RTM)成型工艺(即RTM、引入缝纫的RTM和共胶接)对复合材料十字型接头力学性能的影响。根据实验现象,分析和讨论了其破坏机理。实验结果表明,3种工艺中,RTM成型的十字型接头力学性能最优,胶接和缝纫工艺都会对接头的强度产生不同程度的影响。通过有限元分析,数值模拟了RTM十字型接头的破坏过程,与实验现象吻合良好。     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。     

复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

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。     

复合材料经济可承受性计划

介绍了复合材料创新计划的两大成果:真空辅助树脂转移成形以及■字形胶接接头。在上个世纪90年代,美国空军研究实验室认识到:尽管先进复合材料比传统金属材料可显     

2A12-T4铝合金自冲摩擦铆焊接头力学行为研究

针对干涉配合铆接中预制孔工序带来的连接效率等问题,采用自冲摩擦铆焊(F-SPR)工艺,通过半空心铆钉高速旋转产生摩擦热软化铝合金,在无预制孔条件下获得机械-固相复合连接接头。根据接头成形质量确定F-SPR工艺合适的转换深度,分析了典型接头的微观组织特征,研究了进给速度对接头宏观形貌、硬度分布及力学性能的影响规律。试验结果表明,转换深度为3.5 mm时可消除多余物、间隙、张开不足及裂纹等缺陷,实现铆钉与板材紧密连接;进给速度主要通过影响接头中母材硬度,进而影响接头拉剪及正拉力学行为。F-SPR工艺接头的拉剪强度约为2A12-T4铝合金母材抗拉强度的80%,相比于电磁铆接及自动压铆工艺具有较大优势。     

8090 铝锂合金自冲铆-粘接接头的力学性能

为探究自冲铆接技术与粘接技术的结合性能,本文对8090铝锂合金及5052铝合金两种材料的同种组合分别使用3M-DP100PLUS和3M-DP100两种胶黏剂进行粘接后再采用自冲铆技术铆接的组合连接方式制备单搭自冲铆-粘接接头,并通过静力学拉伸-剪切试验测试接头的强度。对结果分析表明:胶黏剂的黏度对自冲铆接头的成形质量和强度影响很大,对接头的能量吸收的影响很小。选用合适的胶黏剂是可以更好地实现两种连接技术结合的。