单搭层合板胶接接头界面应力分析
厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能及局部应力研究
厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能及局部应力研究郭岗,王佳茜,李沙(中联重科股份有限公司,湖南长沙410205)[摘要]针对不同胶粘长度、不同形状、不同材料的胶粘接头进行疲劳试验,得到最大施加载荷和疲劳循环次数的曲线。
运用有限元法研究胶粘层的最大施加载荷与疲劳寿命,发现所有复合材料接头破坏的疲劳次数与最大载荷密切相关。
研究表明所有测点的最大剪应力和破坏疲劳次数都分布在一个小范围内,具有较低的分散度,而与接头的形状和粘胶长度无关。
表明可以把胶粘层的最大弹性应力作为一种设计准则。
[关键字]复合材料;胶粘接头;疲劳;局部应力[中图分类号]TB333 [文献标识码]B [文章编号]1001-554X(2015)03-0067-05Local stress analysis of fatigue performance of adhesively bondedthick composite laminatesGUO Gang,WANG Jia-qian,LI Sha工程机械臂式结构中厚碳纤维复合材料层压板得到了广泛应用。
在实际设计制造时,为了实现模块化生产,通过将较小的结构件胶粘,得到比较复杂的结构。
模块化生产方式提高了复合材料层压板结构的生产效率,降低了生产成本,但也产生了大量胶粘接头。
因此,研究厚复合材料层压板胶粘接头的疲劳性能非常重要。
众所周知,不能简单依靠标准试件的加载-寿命曲线进行复合材料胶粘接头的疲劳设计。
文献[1]表明胶粘接头的承载能力不能用平均应力衡量,也即不能用施加载荷除以接头的面积[2,3]。
层合板胶粘的案例中,重叠部分的边缘经常会产生应力集中,胶粘界面内也会产生应力奇点,而这些点的应力与平均应力并不呈比例关系[4]。
因此,将标准件的疲劳试验结果应用到实际结构时,需要具体问题具体分析。
目前常用的方法可以分成三大类:基于局部应力分布的方法[5];基于断裂力学的方法[6-8];采用广义应力强度因子概念的方法[9,10]。
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析胶接接头是一种常用的连接方式,因为它可以较好地实现力的传递和吸收,同时可以减少结构件的重量,提高结构的强度和稳定性。
在实际应用中,胶接接头的效果与材料特性有着密切的关系,因此需要进行研究,以便改善胶接接头的性能。
本文通过有限元分析,研究了材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响。
具体地,我们将考虑三种不同的材料,分别是碳纤维增强聚合物(CFRP)、铝和钛合金,在胶接接头中的应用。
并通过计算和对比得出了一些有意义的结果,如下:1.应力分布首先,我们研究了胶接接头中各部分的应力分布,其中包括胶层、基材和胶缝。
通过有限元分析,我们得出了三种材料在胶接接头中的应力分布图,如下图所示:从图中可以看出,胶接接头中的应力分布主要集中在胶层和基材之间的过渡区域,而胶缝周围的应力分布相对较小。
此外,各种材料的应力分布也存在差异。
具体而言,钛合金的应力分布相对集中,铝的应力分布相对分散,而CFRP的应力分布则比较均匀。
2.弯矩因子其次,我们研究了材料特性对胶接接头的弯矩因子的影响。
弯矩因子是描述胶接接头受到弯曲载荷时的变形程度的一个重要参数。
通过有限元分析,我们得出了三种材料在胶接接头中的弯矩因子值,如下图所示:从图中可以看出,钛合金在胶接接头中的弯矩因子最小,而CFRP在胶接接头中的弯矩因子最大,这与这两种材料的强度和刚度有关。
具体而言,钛合金相对较硬,所以变形程度较小,而CFRP相对较柔软,所以变形程度较大。
铝的弯矩因子在两者之间,这与铝的特性介于钛合金和CFRP之间有关。
综上所述,本文通过有限元分析,研究了材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的影响。
我们发现,不同材料的应力分布和弯矩因子存在差异,这是由于不同材料的强度、刚度和柔性等特性不同所造成的。
因此,在工程设计中,应根据具体的应用需求,选择合适的材料来制作胶接接头,以便获得更好的效果。
复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究
复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究张阿盈【摘要】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。
%Adhesively bonding is an important joint method in composite structures. The stress analysis of adhe sively bonded joint is the key to guarantee safety and durability of composites. Currently, in structure initial design stage, joint stress analysis and parametric study are normally performed with analytical methods. Based on the theoretical solution of Tsai, et al (TOM method), an improved theoretical solution for adhesively bonded single-lap and double-lap joints is proposed, the shear effect in adhesive layer is considered. It is assumed that shear strain only exists in the half thickness of the adhesive layer. The results of improved analytical solution are compared with simulation results of finite element method as well as other existing methods, and show that the improved solutions are more close to numerical results than that of other existing theoretical ones for composite laminates. The proposed method caneffectively estimate shear stress distributions of adhesively bond composite lap joint.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2012(003)002【总页数】7页(P167-173)【关键词】复合材料;胶接接头;双搭接;单搭接;胶层;剪应力【作者】张阿盈【作者单位】中国飞机强度研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】V214.80 引言胶接是复合材料结构主要连接方法之一,由于其结构轻、连接效率高、耗时少、成本低、疲劳性、密封性能好等优点,在航空结构上得到了越来越广泛的应用。
单搭接接头胶层间隙对强度和应力的影响
单搭接接头胶层间隙对强度和应力的影响1.单搭接接头胶层间隙对强度和应力有着重要影响。
The gap between the singular lap joint and adhesive layer has an important impact on strength and stress.2.当间隙较小时,接头强度会增加。
When the gap is small, the strength of the joint will increase.3.然而,间隙过小也会增加应力集中,导致接头容易断裂。
However, too small of a gap will also increase stress concentration, leading to easy joint fracture.4.在实际工程中,需要对接头胶层间隙进行精确控制。
In practical engineering, it is necessary to control the gap between the joint and adhesive layer precisely.5.通过控制间隙,可以最大限度地提高接头的强度和稳定性。
By controlling the gap, the strength and stability of the joint can be maximized.6.一些研究表明,较大的间隙可以减少接头的应力集中效应。
Some studies have shown that a larger gap can reduce the stress concentration effect on the joints.7.然而,过大的间隙会造成接头松动和降低强度。
However, too large of a gap will cause the joint to loosen and reduce its strength.8.综合考虑,合适的间隙大小应通过实验和模拟来确定。
单板搭接钎焊接头的应力分析
单板搭接钎焊接头的应力分析
随着社会的发展,可靠性要求的升高,人们对航空器运行安全性的要求也越来越高,
接头可以使结构体得到良好的结合,但接头经受大力,也很有可能出现故障,因此应力分
析是建立稳定的结构体的必要环节之一。
本文以双板搭接处的钎焊接头为例,通过有限元
分析方法对搭接处的应力及破坏形式进行研究。
首先,在有限元分析时,根据板材材料特性,使用相应材料模型。
在定义完材料后,
开始对壳体模型进行建模,形成「3D结构体」。
其次,在有限元分析中,根据接头预设受力情况,指定受力分布范围,对壳体进行拉、压力对模型进行高低压应力模拟。
最后,计
算结果分析整个结构体,确定搭接处受力极限,判断受力均衡情况,分析结构体的稳定性,以及计算各应变极限影响受力分布的极限应变。
从数值分析结果可以得出:搭接处的应力分布水平低于抗拉和抗压强度的屈服应力,
满足必要的结构可靠性要求;应力在搭接处扩散较宽,结合处易受到双翼板如拉、压等受
力影响;搭接处内,应力都处于安全范围,无超应力区,相邻点间应力差满足要求;同时,对搭接处材料材质布局、受力总量以及焊缝尺寸设置更加关注,可以使结合部分结构体更
稳定。
从本文的数值分析可以了解到,双板搭接的钎焊接头的应力分布及破坏形式。
在后续
的研究中,可以深入研究受力分布使结构体稳定,并结合动力学分析,完整计算结构体受
动后应力分布情况。
单搭接接头峰值应力数值模拟的正交法分析
第 1 5卷 第 1 期 1
李 智 等 单 搭 接 接 头 峰 值 应 力 数 值 模 拟 的 正 交 法 分 析
头 上 的 V n Mi s o s 等效 应力作 为评判 单搭 接接 头 正 e
交试 验影 响因素效 果 的尺度 。 屈服准 则表 达如下 : 该
( l盯 ) ( 2盯 ) ( 3盯1= Y 盯一 22 o一 3 + 盯一 ) 2 + r () 1
式 ( ) : 。 盯一 致屈 服 的三个主 应力 ; 1 中 盯 、 、 3导 盯
( 三峡 大 学 机 械 与 材料 学 院 , 北 省 宜 昌市 湖 430) 4 0 2
摘要 :运用正交试验 法研究 了几个主要力学和 几何参数 如泊松 比 ,弹性模量和被粘物厚对单搭接接头
V nMi s 效应 力 的 影 响 。 限 元 分 析结 果 的 极 差 分 析 、 差 分 析 和 最优 方 案 的 工 程 平 均等 结 果 表 明 : 粘 o s 等 e 有 方 被 物 厚对 单搭 接 接 头 Y nMi s等 效 应 力 影 响最 大 , o s e 弹性 模 量 次 之 , 泊松 比影 响 程 度 最小 。分 析可 知 : 的 泊松 高 比 、 弹 性 模 量 和被 粘物 厚 的 增 大 会 使 得 Y nMi s 效应 力 值 显 著 降低 。 低 o s 等 e
y 广单 向压 缩 时屈服 应力 的绝对 值 。
12 有 限元模 型建 立 _
利 用 A S S有限元 软件 进行 建模 和网格划 分 , NY
定义所 有材 料属 性为线 弹性 、 向 同性 , 各 单元 类型选
中挑选 出部分 有代表性 的点进行 试验 , 这些 有代表性
的点 具有 “ 均匀 分散 、 齐可 比” 整 的特点 , 因此 是一 种
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析1. 引言1.1 背景介绍胶接接头是工程中常见的连接方式,通过使用胶粘剂将材料粘结在一起,可以实现高强度的连接。
胶接接头的性能受到材料特性的影响,不同的材料具有不同的力学性质,会影响胶接接头的应力分布和弯矩因子。
研究材料特性对胶接接头的影响具有重要意义。
胶接接头的设计和优化需要考虑材料的性质,通过有限元分析方法可以模拟胶接接头在受力情况下的应力分布和弯矩因子。
了解材料特性与胶接接头性能之间的关系,有助于指导工程实践中胶接接头的设计和应用。
1.2 研究目的胶接接头是工程结构中常用的连接方式,其弯矩和应力分布对结构的稳定性和强度有着重要影响。
材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响却鲜有深入研究。
本研究旨在通过有限元分析,探讨不同材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响规律,为工程结构设计提供更加精准的参考依据。
具体目的包括:1. 分析不同材料特性对胶接接头应力分布的影响规律,寻找最优材料组合以获得最小的应力集中区域;2. 探讨材料特性对胶接接头弯矩因子的影响机制,为提高接头的抗弯强度提供理论依据;3. 确定影响应力分布和弯矩因子的关键参数,为工程实践中的胶接接头设计提供可靠的参考指导。
本研究旨在深化对胶接接头力学行为的认识,为提高工程结构的可靠性和安全性提供新的思路和方法。
1.3 研究意义胶接接头在工程实践中被广泛应用,而材料特性对胶接接头的性能起着至关重要的作用。
通过有限元分析研究材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响,不仅可以深入了解胶接接头的力学性能,还可以为工程设计提供重要参考依据。
2. 正文2.1 胶接接头的特性胶接接头是一种常见的连接方式,通过将两个或多个材料通过胶水进行粘接,形成一个整体结构。
胶接接头具有以下特点:第一,胶接接头可以连接不同种类的材料,如金属、塑料、玻璃等,具有很好的通用性和适用性。
第二,胶接接头可以实现无孔隙、无融合、无位移等优点,具有优良的密封性和耐腐蚀性。
复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析
复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析沃西源 涂 彬 夏英伟 房海军(北京空间机电研究所,北京 100076)摘 要 复合材料胶接连接工艺已被人们所肯定,在实践应用中反映出复合材料胶接接头中内应力是影响其胶接性能和耐久性的重要因素之一,文中简述了胶接工艺特点和应具备的主要条件,胶接接头形成和胶接接头内应力分析等内容。
关键词 复合材料 胶接接头 内应力 分析Technics and I nternal Stress Analysis of Adhesive Bonding in Composite MaterialW o X iyuan Tu Bin X ia Y ing wei Fang Haijun(Beijing Institute of S pace Mechanics &E lectricity ,Beijing 100076)Abstract Adhesive bonding which used in manufacture of com posite material was widely accepted by people.In practice and applications ,we found internal stress was the m ost im portant factor which affect the performance of adhesive bonding joint.This paper introduced the characteristic of the technique and the conditions which must be provided of ad 2hesive bonding in briefly.The form of the bonding joint and the analysis of adhesive bonding were als o expounded in this article.K ey Words C om posite material Adhesive bonding joint Internal stress Analysis收稿日期:2007-11-281 引言复合材料是一种由多种性质极不相同的材料组成的多相材料。
焊接应力分析与接头结构设计
焊接应力分析与接头结构设计引言:焊接是一种常见的金属连接工艺,广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
然而,焊接过程中产生的应力问题一直是焊接工程师们关注的焦点。
本文将探讨焊接应力的分析方法以及接头结构设计的原则,旨在帮助读者更好地理解焊接应力问题并提供一些建议。
一、焊接应力分析方法1. 热应力分析焊接过程中,焊缝区域受到高温热源的加热,导致局部金属膨胀,而周围冷却的金属受到约束,无法自由膨胀,从而产生热应力。
热应力分析是通过数值模拟或实验方法,计算焊接过程中的温度场和应力场变化,以评估焊接接头的稳定性。
2. 冷却应力分析焊接完成后,焊缝区域会经历冷却过程,由于不同金属的线膨胀系数不同,冷却过程中产生的温度梯度会引起冷却应力。
冷却应力分析可以通过有限元方法来模拟,以确定焊接接头在冷却过程中是否会出现应力集中区域。
3. 应力分布分析焊接接头的应力分布是影响接头性能的重要因素。
通过数值计算或实验测试,可以获得焊接接头的应力分布情况。
在设计接头结构时,需要根据应力分布情况进行合理的布局和加强措施,以确保接头的强度和稳定性。
二、接头结构设计原则1. 减小焊接应力集中焊接接头的应力集中区域容易导致接头的断裂和变形。
为了减小焊接应力集中,可以采用以下措施:- 使用圆角焊缝,避免尖角焊缝的应力集中;- 增加焊缝长度,分散应力集中;- 采用多层焊接,减小每层焊缝的应力。
2. 合理选择焊接材料焊接材料的选择对焊接接头的性能有重要影响。
应根据焊接接头所需的强度、韧性、耐腐蚀性等要求,选择合适的焊接材料。
同时,要注意焊接材料与基材的匹配性,以避免因材料不匹配而引起的应力问题。
3. 优化焊接工艺参数焊接工艺参数的选择对焊接接头的质量和应力分布有重要影响。
合理选择焊接电流、电压、焊接速度等参数,可以控制焊接过程中的温度变化,减小应力的产生。
同时,要注意焊接变形的控制,避免因变形引起的应力集中。
4. 加强接头支撑接头的支撑结构对焊接接头的稳定性和强度有重要影响。
单搭接胶接接头应力分布研究
关键 词 : 单搭 接 接 头 ; 力分 布 : 力 集 中 应 应
.
S u y o t esDiti u in o h sv l o d d S n l a on s t d n S r s srb t fAd e iey B n e i ge L p J i t o
定 的代表性 。整个接头所选 用的单元类型( lm n p ) Ee ety e为8 t
节点四边形单元 P A E 8 。由于分析侧重 的是胶层中的应力 L N 13 分布 , 以在胶层 中网格尺寸设置为00 而被粘 物的网格 所 . mm, 4 密度 就相对小些 , 边长设置为0 m。 为划分后 的有限元网 .m 图2 5
i g S u h C i aUn v r i f e h oo y Gu n z o 6 0 Gu n d n ; . o lg f c a i a n — n , o t h n i e s yo c n l g , a g h u 5 0 4 , a g o g 3 C l eo h n c la d Ma t T 1 e Me
c n r t n T eb g e es e s s t emo es N u esr s o c n ain i. e t i . h ig r h t s , r e o s h e sc n e t t ao t r i h t t r o s
Ke w r s l it s es ir ui ;t s cnet tn y od :a j ns t s d tb tn ses o cn a o p o ; r si o r ri d i 0 9 9 .s. 0— 542 1. .8 o 1. 6  ̄i n1 6 8 5 . 20 0 1 : 3 s 0 0 6
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析张少锋;张博;罗琴;欧永【摘要】本研究通过单轴拉伸试验实现复合材料单搭胶结结构胶面剪切破坏测试,获得了结构的极限剪切强度,同时利用解析法和仿真模拟方法分析了胶层的剪切应力状态.研究结果表明:胶结件的破坏为胶层与搭接板间的脱粘破坏,无胶层内聚破坏;胶层横断面中部剪切应力值最低,胶结区端部产生应力集中,端部应力最大;胶层存在剪切应力的同时,也存在垂直于胶结面的拉应力,其破坏原因是剪应力和拉应力的综合影响结果;平均剪切应力计算结果显示:试验值、理论值和仿真结果分别为8.9 MPa、9.5 MPa和9.2 MPa,理论结果和仿真结果的应力变化趋势一致,理论解和仿真解与试验值的误差均在7%以内,理论分析和仿真模拟可实现胶结结构剪切应力的可靠预报.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】6页(P39-44)【关键词】复合材料;胶接结构;断口分析;应力分析;仿真模拟【作者】张少锋;张博;罗琴;欧永【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;泰州赛宝工业技术研究院有限公司,泰州225500【正文语种】中文【中图分类】V258引言轻质、高比刚度、高比强度的先进复合材料在工程领域中的应用越来越广泛,尤其是航空航天领域,先进复合材料在飞行器上应用的部位和用量已成为衡量飞机结构先进性和民机技术与市场竞争力的重要指标之一。
端部斜削的铝单搭接接头应力分布数值分析
第27卷 第5期2007年10月 航 空 材 料 学 报JOURNAL OF AERONAUTI CA L MATER I ALSVol 127,No 15 Oc t obe r 2007端部斜削的铝单搭接接头应力分布数值分析游 敏, 严沾谋, 郑小玲, 余海洲(三峡大学机械与材料学院,湖北宜昌443002)摘要:用弹塑性有限元法,研究了被粘物自由端外侧斜削角度以及不同弹性模量胶粘剂对铝合金单搭接接头应力分布的影响。
结果表明:对被粘物自由端外侧进行斜削,可以使胶层中部的应力峰值降低,从而提高接头的强度。
随着斜削角度的减小,胶层中部应力峰值逐渐降低。
随着胶粘剂弹性模量的降低,斜削接头胶层中部各应力的峰值随之降低。
对于胶粘剂弹性模量高的接头,斜削使得胶层中部的应力峰值得到了极大的降低;而对于胶粘剂弹性模量低的接头,斜削对胶层中部的应力峰值影响较小。
关键词:斜削接头;应力分布;有限元法;弹性模量中图分类号:T G49 文献标识码:A 文章编号:100525053(2007)0520091204收稿日期:2006209209;修订日期:2007206212基金项目湖北省教育厅科研计划重大项目(3Z )作者简介游敏(58—),男,博士,教授,主要从事连接结构强度与表面工程领域等方面的研究,(2)y @11。
铝合金单搭接接头在航空领域中是最常用的胶接接头,由于载荷作用线不同轴,使得接头呈现几何非线性,存在较大的偏心矩,加之被粘物刚性较大,因而搭接区端部存在较严重的应力集中,对接头的承载极为不利[1~3]。
降低单搭接接头应力集中的方法通常有材料和几何修正两种。
材料修正指改变材料的性能,例如采用柔性胶粘剂或刚性较大的被粘物使得单搭接接头的应力分布较均匀,搭接区端部的应力集中较小[2,3]。
几何修正包括胶瘤、被粘物预弯曲、被粘物凹槽、被粘物端部斜削等[4~9]。
Lang 等研究表明,胶瘤尺寸越大、角度越小,则应力峰值越低[4]。
单搭层合板胶接接头界面应力分析
部健全 的机制和高素质人才作为支撑 , 当突发事件产生时 , 相关
的群众路线工作实践者处于一种忙乱的状态 ,从而导致纠纷 、 争 执等问题久久不能解决 , 最终给工作的顺利带来很大的障碍。
首先 , 群众路线要求我们正确对待人 民群众的观点和立场。 这是共产党与其他党派的根本差异 ,也是群众路线 的根本 出发
o l t e d / Bo n d e d )J o i n t s wi t h F l e x i b l e A d h e s i v e Ⅱ 】 .
I n t e na r i t o n l a J o u na r l o f Ad h e s i o n & Ad h e s i v e s , 2 0 1 0 .3 0 :1 1 7 — 1 2 9
底就是人 民的梦 , 必 须通 过人 民来 实现 , 并努力为群众造福 。 群 众路线是 中国梦实现 的源泉 、 生命线 、 方法和保障 。 我们制定实 际 的方 针政策时 , 将 自身与群众 紧密结 合 , 才能从 根本上保 证
中 国梦 的实 现 。
3 中国梦视 域下 。 国企群众 路线的最佳路径
需, 补群众所要 , 才能在实现群众 利益 最大化的同时 , 密切党 和 群众 的关 系, 进一步提升 自己的思想 政治 素质 。当然 , 群众作为
其次 , 群众路线要求科学的领导方法 , 因为 只有在科学的理
论和原则指导下 ,才能将一切为 了群众 和一切依靠群众 的精髓
发挥出来 。实际和经验告诉我们 , 只有将群众 的聪明才智集 中起
点和基本立足点 。我们只有在党 的号召下 , 深刻把握历史 唯物主 义的真谛 , 将群众组织起来 、 带动起来 , 聆听群众 的心声。
单搭接复合材料沉头螺栓连接孔边应力分析共28页
谢谢!
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ,而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸,生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业,需 要决心 ,能ห้องสมุดไป่ตู้ ,组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
单搭接复合材料沉头螺栓连接孔边应
力分析
21、没有人陪你走一辈子,所以你要 适应孤 独,没 有人会 帮你一 辈子, 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候,留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运,首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首,因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿. 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ,它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ,以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析
51 O 61 O: 3. Ou an gd on g I n du st ri al R ob ot Re li a bi l it y E ngi ne e ri n g La bo ra to ry , Gu an gz ho u 51 061 0
4 .T a i z h o u C e p r e i I n d u s t r i a l T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ,T a i z h o u 2 2 5 5 0 0 )
3 . 广 东省工业机 器人可靠性工程实验室 ,广州 5 1 0 6 1 0 4 . 泰州赛宝 工业 技术 研究院有限公司,泰州 2 2 5 5 0 0 ) 摘要 :本研究通过单轴拉 伸试验实现复 合材料单搭胶 结结构胶面剪切破坏 测试 ,获得 了结构的极 限剪切 强度,同时利 用解 析法和仿真模拟 方法分析 了胶层 的剪切应力状态 。研 究结果表 明:胶 结件的破坏为胶层 与搭接板 间的脱粘破坏 , 无胶层 内聚破坏 ;胶层横 断面 中部剪切应 力值最低 ,胶结 区端部产生应力 集中 ,端部应力 最大;胶层存在剪切 应力的 同时,也存在垂直于胶结 面的拉应力 ,其破 坏原 因是剪应 力和值和仿真结果分别为 8 . 9 M P a 、9 . 5 M P a 和 9 . 2 M P a ,理论结果和仿真结果的应力变化趋势一致,理论解和
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析
胶接接头是一种常用的连接方式,其中胶粘剂被用于将两个或多个材料固定在一起。
胶接接头的性能依赖于材料的特性以及胶接接头的设计和制备过程。
在这份报告中,我们将通过有限元分析来研究不同材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响。
我们需要建立胶接接头的有限元模型。
这个模型包括胶接剂和被胶接的材料。
材料的特性,如弹性模量、剪切模量和泊松比,将被输入到模型中。
然后,我们通过施加外力来模拟胶接接头的受力情况。
这些外力可以是拉伸、剪切或弯曲。
在施加外力后,我们可以使用有限元分析软件来计算胶接接头中的应力分布和弯矩分布。
接下来,我们将分析不同材料特性对胶接接头的影响。
我们可以改变胶粘剂的特性来观察其对胶接接头应力分布的影响。
我们可以改变胶粘剂的弹性模量和剪切模量,并观察应力分布的变化。
较高的弹性模量和剪切模量可能会导致较高的应力集中,从而增加接头的失效风险。
我们还可以研究不同胶接接头设计和制备过程对它们的应力分布和弯矩因子的影响。
我们可以研究不同形状和尺寸的胶接接头,以及不同的胶接剂固化时间和温度对接头性能的影响。
异质被粘物新型单搭接接头应力分析
学性 能 。
1 异质 被粘 物双 胶分 段粘 接接 头 力学 模型
Fg 1 S h mai igrm fn w y e i. c e t da a o e tp c
减小被粘物刚度的不对称性 , 选择适 宜的接头参数 , 使2 被粘物的刚度尽量相等 。笔者 等对刚度 不 J
对称 接 头 的初 步 探 讨 表 明 , 隙 位 置 可 以改 变 接 头 问
节点实体 单元 P A E 2 L N 8 。与传统 粘接接 头 的区别
是 , 新 型 粘 接 接 头 的胶 层 由 2段 弹 性 模 量 差 异 较 该 大 的胶 粘剂 组 成 ( 图 1 , 2段 胶 粘 剂 在 结 合 处 见 )且 粘 接 紧密 、 间隙 。 无
当胶层 采 用 单 一 胶 粘 剂 时 , 胶 层 内剪 切 应 力 分 布 其
1 3 c m。 6 .o
被粘物分别为钢板 ( 弹性模量 E = 1 P 、 20G a 泊
收稿 日期 :0 8— 6—0 20 0 6 作者简介 : 孙德新 (9 1 ) 男 , 士 18 一 , 硕 主要从 事连接 结构数 值模拟方面的研究 , 发表学术论文 6 , . a : n de i @ 篇 Em is l u xn
层 中剪切 应力的分布情 况。结果表明 , 合理 地布置 高弹性模 量胶 粘剂及低 弹性 模量胶 粘 剂的位 置 , 以有 效地 降 可
低 刚 度 不 对 称 接 头胶 层 中应 力 的 峰 值 , 免 胶 层 因 小 刚度 侧 应 力 过 高 而 导 致接 头 过 早 地 失效 。 避 关键词 : 单搭 接 粘 接 接 头 ; 限元 法 ; 切 应 力 ; 质 被 粘 物 ; 接 区域 末 端 有 剪 异 搭
CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析
CFRP层合板单搭胶接接头胶板界面剥离强度仿真分析
张亚楠;陈栋;时建纬;铁瑛;李成
【期刊名称】《复合材料科学与工程》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】基于异材界面奇异应力场理论,以CFRP层合板单搭胶接结构为对象,通过有限元和实验的方法分析了结构承载时板胶结合界面上出现的应力分布,锁定界面剥离强度关键区域,通过网格无关的有限元应力比值法提升仿真求解精度,最大限度还原板胶界面应力分布,着重探讨了多层各向异性CFRP板与传统均质材料在仿真过程和结果的差异,及搭接长度、胶层厚度、结构胶参数等对板胶界面应力分布及起裂点位置的影响,为板胶界面剥离应力的优化、胶接工艺的改进和单搭胶接接头强度的提升提供理论支撑。
结果表明:各层参数不同的CFRP板胶界面承载时,剥离应力的最大处需由三个维度共同约束,其中两个维度的约束结果与均质材料相同,极值位于板胶界面垂直于拉伸方向的边缘,实际结构中失效的起始亦常见于此处,第三维度受层合板多层异性影响,该边缘上应力最大的点既不位于该边缘的中点也不位于界面角部,具体位置由材料参数和胶接结构共同影响。
【总页数】10页(P74-82)
【作者】张亚楠;陈栋;时建纬;铁瑛;李成
【作者单位】郑州大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.单搭层合板胶接接头界面应力分析
2.搭接长度对CFRP单搭接胶接接头拉伸性能及破坏特征的影响
3.CFRP-铝合金板单、双搭接胶接接头刚度退化机理
4.铺层方式对CFRP-铝合金单搭接胶接接头低速冲击损伤及剩余拉伸性能的影响
5.铺层方式对CFRP-Al单搭接接头胶接性能的影响
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单搭压印连接接头的机械性能分析-张文斌
摘要单搭压印连接接头的机械性能研究摘要能源和环境问题是制约世界经济发展的瓶颈,节能减排是解决这些问题的重要途径。
为了减轻车身重量,新型材料(比如铝合金)的应用越来越广泛。
由于铝具有高导热性和铝表面会形成天然氧化膜,很难用点焊进行连接。
所以,需要一种新的连接技术来连接这些轻型材料。
压印连接对于轻型材料的连接是一种简单高效的连接方法。
本文主要运用有限元方法和试验方法研究单搭压印连接接头的机械性能,包括静态性能、动态性能和疲劳性能。
为了得到精确的仿真结果,采用ANSYS和FE-SAFE软件进行联合仿真。
静态分析和拉伸试验可以得出最大应力出现的位置以及压印连接接头破坏的方式:颈部断裂和底部剥离。
静力分析为疲劳分析提供节点的应力应变信息。
模态分析主要研究了影响固有频率的主要因素,固有频率随着杨氏模量和密度的增长而显著增加;而泊松比对固有频率的影响很小。
通过对模态振型的分析,可知横向振动的奇数振型关于两板搭接位置对称,并且搭接位置处在振型的峰值处;扭转振型的偶数振型两板搭接位置扭转严重,所以搭接接头的形状非常重要,而且对单搭压印连接结构的动态性能的影响很大。
本文以铝合金2014-T6单搭压印连接接头的疲劳分析为例,叙述了ANSYS/FE-SAFE在疲劳分析中的应用和一般的分析过程。
通过对不同系列铝合金压印连接接头的疲劳寿命对比,得出了铝合金2014-T6的疲劳性能最好,其次是AL2024-T351和AL5456-H311。
对比了异种板材不同组合接头的疲劳性能,发现疲劳寿命相差很小。
研究了表面粗糙度对疲劳寿命的影响,随着表面粗糙度的升高疲劳寿命随之降低,并绘制了表面粗糙度与疲劳寿命关系曲线。
研究了表面残余应力对疲劳寿命的影响,随着表面残余压应力的升高疲劳寿命随之升高,表面残余拉应力会对疲劳性能产生不利影响。
关键词:压印连接;有限元分析;疲劳分析;ANSYS/FE-SAFEI昆明理工大学硕士学位论文IIAbstract Mechanical Properties of Single Lap-jointed Clinched JointsAbstractEnergy and environment problems are the bottleneck that restricts world economy progress. The work of energy saving and emission reduction is an important way to solve related problems.The use of lightweight materials such as aluminium alloys has increased to reduce the weight of the automobile body. But it is difficult to join aluminium by welding because of its high thermal conductiv ity and the natural surface oxide layer. Hence, a new method is required to joint these lightweight materials. Clinching techno logy is an efficient method of connection for lightweight materials.In this paper, the mechanical properties of single lap-jointed clinched joints were studied based on FEM and test, including the static behaviour, dynamic behaviour and fatigue behaviour. In order to get accurate simulation results, the joint simulation method of ANSYS and FE-SAFE was used to make these analyses.The static analysis indicates the maximum stress and its position in clinched joints. The tensile tests reveal that there are two main modes: neck fracture mode and button separation mode. Static analysis provides the information of stress and strain on the nodes for fatigue analysis. The model analysis shows that the transverse natural frequencies of single lap-jointed clinched joints increase significantly as the Young’s modulus and the density of the sheets increase, but only slight changes encountered for variations of Passion’s ratio. For the odd modes, symmetry is seen about the mid-length position. At these positions, the amplitudes of transverse free vibration are about equal to the peak amplitude. Thus, the geometry of the lap joint is very important and has a very significant effect on the dynamic response of the lap-jointed encastre clinched joints.The fatigue analysis of single lap-jointed aluminum 2014-T6 clinched joint, the application of ANSYS/FE-SAFE on fatigue life analysis and general analysis process were presented.The fatigue performance of different aluminium alloy plates joints was also studied.The results indicated that the fatigue characteristic of AL2014-T6 was the best, which were followed by AL2024-T351 and AL5456- H311.The fatigueIII昆明理工大学硕士学位论文live were studied when the upper plates and the lower plates were different. It was found that it was similar. The fatigue analysis at different surface roughness was studied and found that the fatigue life reduce as the surface roughness increase. The curves between surface roughness and fatigue life were presented. The fatigue analysis at different residual stress was studied and the results showed fatigue life increase as the residual pressure stress increase. However, the residual tensile stress has a negative effect on the fatigue life.Keywords: Clinch; FEA; Fatigue analysis; ANSYS/FE-SAFEIV目录目录摘要 (I)Abstract (III)第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 压印连接工艺介绍 (2)1.2.1 压印连接定义和工艺过程 (2)1.2.2 压印连接的优点 (3)1.2.3 压印连接技术的主要应用范围 (4)1.3 压印连接机械性能的研究现状 (5)1.3.1 国内研究现状 (5)1.3.2 国外研究现状 (5)1.4 本文主要研究内容及技术路线 (7)1.4.1 主要研究内容 (7)1.4.2 技术路线 (8)1.5 本章小结 (8)第二章压印连接接头有限元分析和拉伸试验 (9)2.1 有限元分析简介 (9)2.1.1 有限元分析理论基础 (9)2.1.2 有限元分析软件介绍 (10)2.2 压印连接接头有限元模型的建立 (10)2.2.1 实体模型的建立 (11)2.2.2 有限元模型的建立 (11)2.3 压印连接接头静力分析 (13)2.4 压印连接接头拉伸试验 (14)2.4.1 实验设备及试件 (14)2.4.2 试验试件的压印连接过程 (15)2.4.3 拉伸试验 (16)2.4.4 数据处理与结果分析 (18)2.5 本章小结 (19)i昆明理工大学硕士学位论文第三章压印连接接头的动力学分析 (21)3.1 动力学分析简介 (21)3.2 压印连接接头的模态分析 (22)3.2.1 模态分析的定义 (22)3.2.2 模态分析的基本理论 (22)3.2.3 模态分析及结果 (23)3.3 压印连接接头的谐响应分析 (25)3.3.1 谐响应分析的定义 (25)3.3.2 谐响应分析的原理 (26)3.3.3 谐响应分析及结果 (26)3.4 本章小结 (27)第四章压印连接接头疲劳分析的理论研究 (29)4.1 疲劳的发展与分类 (29)4.1.1 疲劳的发展 (29)4.1.2 疲劳的分类 (30)4.2 压印连接接头疲劳的破坏机理 (30)4.2.1 压印连接接头疲劳裂纹的萌生 (31)4.2.2 压印连接接头疲劳裂纹的扩展 (31)4.2.3 压印连接接头疲劳断裂 (33)4.3 疲劳破坏的断口分析 (34)4.3.1断裂表面的特征 (34)4.3.2疲劳裂纹的扩展区 (34)4.3.3脆性断裂区 (35)4.4 疲劳设计和疲劳分析方法 (35)4.4.1名义应力疲劳设计法 (35)4.4.2局部应力应变分析法 (35)4.4.3损伤容限设计法 (35)4.4.4疲劳可靠性设计 (36)4.4.5准静态疲劳分析法 (36)4.5 影响疲劳强度的因素 (36)4.5.1形状及表面加工的影响 (36)4.5.2载荷持续情况的影响 (37)ii目录4.5.3尺寸效应 (38)4.5.4平均应力对疲劳强度的影响 (38)4.6 本章小结 (39)第五章单搭压印连接接头疲劳性能研究 (41)5.1 疲劳分析软件ANS YS/F E-S AF E介绍 (41)5.1.1 ANS YS/F E-SAF E软件简介 (41)5.1.2 ANS YS/F E-SAF E中的疲劳分析模型 (42)5.1.3 ANS YS/F E-SAF E中应用的累积损伤理论 (43)5.1.4 ANS YS/F E-SAF E疲劳分析步骤 (43)5.2 铝合金2014-T6单搭压印连接接头疲劳性能分析 (44)5.2.1 形成载荷谱 (44)5.2.2 定义表面加工系数 (45)5.2.3 定义材料数据 (46)5.2.4 定义疲劳分析算法 (47)5.2.5 其他的一些定义选项 (47)5.2.6 分析过程 (47)5.2.7 分析结果 (48)5.2.8 铝合金2014-T6压印连接接头的疲劳分析结果 . 485.3 不同系列铝合金单搭压印连接头的疲劳性能对比 (50)5.4 不同板材压印连接接头的疲劳性能 (51)5.5 表面粗糙度对疲劳寿命的影响 (53)5.6 表面残余应力对疲劳强度的影响 (57)5.7 本章小结 (59)第六章结论与展望 (61)6.1 结论 (61)6.2 展望 (62)致谢 (65)参考文献 (67)附录攻读学位期间发表的学术论文 (71)iii昆明理工大学硕士学位论文iv第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景及意义世界经济的飞速发展得益于化石能源,如石油、天然气、煤炭与核裂变能广泛的投入应用。
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单搭层合板胶接接头界面应力分析
摘要:为研究T700/ TDE86复合材料单向层合板单搭接接头在单向拉伸载荷作用下的界面应力分布情况,采用有限元方法对接头进行数值计算,模拟了接头搭接区界面剥离应力及剪切应力分布情况,并分析粘接体厚度对接头最大应力的影响。
关键词:层合板;单搭胶接接头;界面;应力分析
随着航空航天技术的发展,胶接连接技术得到越来越广泛的应用。
胶接技术[1]现已成为航空航天工艺中不可缺少的一种连接工艺技术。
由于有限元商业应用软件的成熟使用,采用有限元方法分析接头的应力已成为必不可少的研究手段。
尽管前人已经做了一些对胶接接头的研究,但为了分析T700/TDE86复合材料单向层合板单搭胶接接头的界面应力分布情况及层合板厚度对最大应力的影响,本文作者应用ANSYS10.0有限元分析软件,分析接头搭接区界面剥离及剪切应力分布情况;同时分析了粘接体厚度对接头界面最大剥离/剪切应力值的影响。
1 数值模型
T700/TDE86环氧树脂基复合材料单向板力学性能及胶层力学性能见文献[7]。
接头几何尺寸为:胶接接头整体长度为200mm,宽度为25mm,搭接长度为20mm,胶层厚度为0.3mm;层合板厚度2mm,铺设方式为[0]10,纤维体积含量60%,单向层合板铺层角度与加载方向成0°角。
约束及加载情况为:一端固定,一端施加9.0kN的轴向拉力,接头两端分别在40mm长度区域层合板表面节点限定了Y、Z方向的位移。
图1为整体及局部网格划分,最大单元尺寸为1mm,最小单元尺寸为0.1mm。
在接头搭接区端部进行网格细化。
2 界面应力分布
图2给出了接头搭接区界面的面内应力及面外应力的分布。
从图中可以看到,剪应力和剥离应力在接头搭接区端部有明显的应力集中,但剥离应力比剪应力小,因此剪应力是影响接头强度的主要因素,导致接头更易发生界面破坏。
数值计算得出界面剪应力集中发生在距搭接区自由端部1.25mm位置,且剪应力沿搭接长度是对称分布的。
3 层合板厚度的影响
(1)对于胶层厚度为0.3mm,搭接长度为20mm接头,粘接体厚度分别取:1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm和3.5mm;
图3为胶接界面最大应力随粘接体厚度的变化曲线。
由图3可见,当两粘接体厚度相同时,随着粘接体厚度的增大,接头界面的最大剥离应力增大,最大剪
应力减小。
相对而言,接头界面最大剪应力随粘接体厚度变化较小,例如,粘接体厚度为2mm是粘接体厚度为1mm的2倍,而前者界面最大剥离应力是后者的1.36倍,最大剪应力比值为0.984;比较粘接体厚度为3mm和2mm的接头,前者厚度是后者的1.5倍,而最大剥离应力比值为1.05,最大剪应力比值为0.995。
实验结果表明,层合板厚度增加1.5倍,而接头强度增加1.35倍,说明接头的破坏主要受剪应力的影响。
同时随着粘接体厚度的增大,接头强度在一定程度上受到界面剥离应力的影响,由此证明数值模拟结果与实验结果相符。
4 结论
通过应用有限元计算方法,对T700/TDE86单向板单搭胶接接头在单向载荷下的界面应力分布情况进行了研究。
(1)剪应力和剥离应力在距接头搭接区端部1.25mm位置有明显的应力集中,是影响接头强度的主要因素;
(2)随着层合板厚度的增加,接头界面的最大剥离应力值增大,最大剪应力值减小;剥离应力受层合板厚度的影响相对较大。
参考文献:
[1][美] R. M. 琼斯著,朱颐龄等译校. 复合材料力学[M],上海科学技术出版社,1981:14-17.
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[3]Hoang-Ngoc C-T,Paroissien E. Simulation of Single-lap Bonded and Hybrid (Bolted/Bonded)Joints with Flexible Adhesive [J]. International Journal of Adhesion & Adhesives,2010,30:117-129.
[4]Panigrahi S K,Pradhan B. Through-the-width Delamination Damage Propagation Characteristics in Single-lap Laminated FRP Composite Joints [J]. International Journal of Adhesion & Adhesives,2009,29:114-124.
[5]Panigrahi S K,Pradhan B. Onset and Growth of Adhesion Failure and Delamination Induced Damages in Double Lap Joint of Laminated FRP Composites [J]. Composite Structures,2008,85:326-336.
[6]Gon-calves J P M.,Moura M F S F,Castro P M S T. A three-dimensional Finite Element Model for Stress Analysis of Adhesive Joints [J]. International Journal of Adhesion & Adhesives,2002,22:357-365.
[7]杨银环,周振功,郭颖,吴林志. 缺陷对单搭胶接接头力学性能的影响,复合材料学报,2012,29(5):157-163.。