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。

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。

第五节胶结

第五节胶接 一、胶接的特点与应用 胶接，也称粘接：利用化学反应或物理凝固等作用，使一层非金属的胶体材料具有一定的内聚力，并对与其界面接触的材料产生粘附力，从而由这些胶体材料将两个物体紧密连接在一起的工艺方法。 胶接的主要特点是： （1）能连接材质、形状、厚度、大小等相同或不同的材料，特别适用于连接异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏制件。 （2）接头应力分布均匀，避免了因焊接热影响区相变、焊接残余应力和变形等对接头的不良影响。 （3）可以获得刚度好、重量轻的结构，且表面光滑，外表美观。 （4）具有连接、密封、绝缘、防腐、防潮、减振、隔热、衰减消声等多重功能，连接不同金属时，不产生电化学腐蚀。 （5）工艺性好，成本低，节约能源。 胶接的局限性：胶接接头的强度不够高，大多数胶粘剂耐热性不高，易老化，且对胶接接头的质量尚无可靠的检测方法。 应用：胶接是航空航天工业中非常重要的连接方法，主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接，除此以外，在机械制造、汽车制造、建筑装潢、电子工业、轻纺、新材料、医疗、日常生活中，胶接正在扮演越来越重要的角色。 二、胶粘剂

胶粘剂根据其来源不同，有天然胶粘剂和合成胶粘剂两大类。其中天然胶粘剂组成较简单，多为单一组分；合成胶粘剂则较为复杂，是由多种组分配制而成的。目前应用较多的是合成胶粘剂，其主要组分有：粘料，是起胶合作用的主要组分，主要是一些高分子化合物、有机化合物、或无机化合物；固化剂，其作用是参与化学反应使胶粘剂固化；增塑剂，用以降低胶粘剂的脆性；填料，用以改善胶粘剂的使用性能（如强度、耐热性、耐腐蚀性、导电性等），一般不与其它组分起化学反应。 胶粘剂的分类方式还有以下几种：按胶粘剂成分性质分，见表3-13；按固化过程中的物理化学变化分为反应型、溶剂型、热熔型、压敏型等胶粘剂；按胶粘剂的基本用途分为结构胶粘剂、非结构胶粘剂和特种胶粘剂三大类。结构胶粘剂强度高、耐久性好，可用于承受较大应力的场合；非结构胶粘剂用于非受力或次要受力部位；特种胶粘剂主要是满足特殊需要，如耐高温、超低温、导热、导电、导磁、水中胶接等。

359-树脂基复合材料单搭接胶接有限元模拟

树脂基复合材料单搭接胶接有限元模拟 祁发强，严科飞，张鹏飞，王锴，张泽茹 （中国航天科工集团第六研究院，内蒙古红岗机械有限公司，010010）摘要：采用有限元方法以及试验的方法分析了有无垫板，垫板长度以及搭接长度对胶接试样胶接区域应力分布的影响。结果表明：有无垫板，垫板长度以及搭接长度对胶接试样搭接区域内的应力分布影响非常明显，并且随着垫板长度的增加以及搭接长度的增加，搭接区域内的应力的分布趋于均匀化，且粘接区域两端应力集中现象有所减小，其粘接强度也随之增大。 关键词：有限元试验胶接垫板粘接强度 引言 胶接结构由于其具有零件数目少、重量轻、连接效率高，抗疲劳、密封、减振及绝缘性良好等特点，在航空航天领域取得了广泛的应用，成为重要的连接结构形式之一。胶接结构的强度研究也一直是关注的焦点之一，在实际工程应用中，其强度除取决于被粘物和胶黏剂自身的力学特性外，还受到被粘物、胶层及搭接尺寸的影响。研究这些因素对胶接接头强度的影响规律，对选择材料、优化接头设计都有重要意义。 宋冬利[1]研究了接头形式对胶接强度的影响，得到了不同接头形式下的应力分布情况，李刚[2]等研究了钢板和铝合金板胶接接头的应力集中情况，曹平心[3]通过分析，给出了单搭接接头承载能力与搭接长度的关系曲线，郭霞[4]等利用有限元软件模拟了搭接长度对复合材料单搭接胶接接头的影响。 本文采用有限元的方法，分析了有无垫板，垫板长度以及搭接长度等几何尺寸对胶接结构粘接区域部位应力分布的影响，为合理设计接头提供依据。这与胶接结构件的使用寿命、耐久性、安全性等问题密切相关。 1 有限元分析 1.1 模型尺寸 本文采用有限元建模分析单搭接模型在拉伸载荷作用下的应力分布。参照ASTMDl002—0l standa—Test Method for Apparent Shear Strength of Sinde-Lap-J0int Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading(Metal—to-Metal)和GBT 7124—2008胶黏剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)，本文选择试件的几何尺寸如图1及图2所示： 图1 未添加垫板试样示意图 图2 添加垫板试样示意图 试样板厚度为3mm，粘接剂厚度为0.5mm；图1及图2中各尺寸如表1： 表1 试样尺寸 项目长度(mm) 试样板长度L1 100 垫板长度L2 50/70/82.5 试样宽度H 25 夹持长度C 37.5

模拟扩散焊接合搭接接头的一些有限元应力分析

模拟扩散焊接合搭接接头的一些有限元应力分析 T. R. GURNEY m e weldingznstitute 现今一系列相似材料间以及两个3:1比率杨氏模量比材料连接接头的有限元分析已经进行。其主要目标在于确定接触重叠部分距离与钢板尾端应力集中处的厚度之间比率的影响，以及检查板块两端锥度的影响。并比较在不同荷载条件下的工作过程。 1简介 在一些应用中，如果能将不同的材料结合在一起将会非常有用，因为这将能使设计师所使用的材料特别适合于其特定的结构部分。举例来讲，比如可能构建的一个部分需要使用钢这种耐磨且可以承受较高局部应力的材料，同时在其他部分又必要的拥有铝合金的轻巧。 接头连接最为简单的形式，可以设想为一对对称的连接接头(如图1)。然而，这种形式的连接可以预计会在板块两端产生较高的应力集中，也必然会影响在疲劳状态和静态加载情况下的强度。但是同样明显的是，相对如图1所示的对称形式，其中难免会有较高的二次弯曲应力，必然有更好的非对称形式的单接接头。 据我所知，尚没有已被公布的关于粘合接头的应力分布于板块情况，以及对接头集合影响的具体理论。有关粘结接口的相关研究信息已有公开，但似乎主要涉及的是剪切力以及一般粘结层得情况[如例子(1)(2)]。就焊接接头而言，有关圆角焊接和点焊的接头这两者是在集合结构上和工作过程上完全不同的接头。在所有的情况下，工作中似乎都只关注单种的接头连接类型。 在假设的情况下，令人满意地解决设计一个合理的结合接头模型是可行的，它取决于理论上的应力分布，以及对称接头的最佳几何形式。其针对研究方向有： 1板块重叠厚度比的影响。 2板块锥度对接头的影响。 3在不同假定边界条件下接头的简单应力分布 4比较类似材料和有3:1杨氏模量的材料间的不同情况（如钢和铝） 必须强调的是，此次的目标是比较一般常规定性情况下应力分布造成的接头的几何状况而非特定集中应力下的精确情况。事实上，理论来讲，超临界流体的应力集中，在金属板得尖端是无限的，但实践中，其程度将取决于尖头的半径。 故而，术语如“应力集中系数”和“应力峰值”在本文中的所用，无法反应真实的金属板尾端的最大应力。然而，当没有更恰当的描述方式的情况下，可以被用以表示那些在体积极小，但有限的板块末端，造成不同几何形态的的情况。制造相同尺寸的模型是唯一有效的比较方法。

北化涂料与粘合剂思考题总结

1 胶接技术同机械连接和焊接相比有那些特点？什么是涂装技术？它有哪些特点和属性？ 答：胶接亦称为粘接、胶粘、胶合、粘合等，是指将同质或异质物体表面用胶粘剂连接在一起的一种技术。被粘接在一起的部位称为胶接接头（Adherent, joint)。胶接接头具有应力分布连续、重量轻、工艺温度低、可密封等特点，特别适用于不同材质、不同厚度、超薄规格和复杂构件的连接。 涂装技术：是指把固体物质表面用涂料进行涂饰的一种技术。同贴皮、包封、电镀、镏金等相比具有工艺简单，使用范围广，可重复涂敷等特点。 2. 如何根据胶接接头破坏的形式确定是否属于结构胶接？ 答：使被粘物在屈服点前承受应力的粘接，因此能充分发挥被粘物强度的优点。 3 粘附力与粘接力学强度有什么不同？形成粘附力需要什么条件？（粘接的吸附理论本质及局限性） 答：粘附力：粘附力指某种材料附着于另一种材料表面的能力。 粘接力学强度：单位长度上所需粘附力力的大小。 形成粘附力的条件：（1）胶接前或涂装前必需是液体（能够改变形态，适于表面）；（2）必需能够润湿；（3）必须能够固化（成膜）；（4）必需具有特定功能。 4 从溶解度参数的基本含义考虑，它与温度有关吗?WHY？扩散的条件是什么？答：溶解度参数的关系式：δ= (ΔE/V)1/2，ΔE=ΔHv-RT，由关系式可以看出，溶解度参数和温度有关。 扩散条件：J=-Ddc/dx,由关系式可以看出，扩散由扩散系数D和dc/dx决定。而扩散系数与粘度和分子半径有关。 5 高分子相溶性的热力学含义和工艺上有什么差别？溶解度参数为什么 能够判别两物质的相溶性，试说明这种判断方法有什么局限性？ 高分子的相溶性，从热力学角度来说,是指在任一比例混合时形成均相的能力;从工艺方面说,则是指两种聚合物之间容易相互分散得到性能稳定共混物的能力。溶解度参数的关系式：δ= (ΔE/V)1/2，从热力学观点来看,自发过程的必要条件是 ΔGm=ΔHm－TΔSm<0 ,ΔSm为混合熵,体系的熵变在溶解过程中总是增大 的,故TΔSm为正值,因此, ΔGm的正负决定于ΔHm的正负与大小。若满足ΔG<0,必须满足ΔHm

T型接头焊接温度场与应力场的数值模拟

T型接头焊接温度场与应力场的数值模拟 引言 T型接头是一种常见的焊接结构，在工程领域有广泛的应用。 在焊接过程中，温度场和应力场的分布对于焊接接头的质量和性能起着重要作用。因此，研究T型接头焊接过程中的温度场和应力场分布，在改进焊接工艺和优化接头设计方面具有重要意义。 本文采用有限元数值模拟方法，对T型接头焊接过程中的温度场和应力场进行了分析和模拟。通过研究接头的材料特性、焊接参数和接头几何形状对温度场和应力场的影响，揭示了焊接过程中的关键问题和挑战。 1. 模型建立与材料特性分析 首先，根据实际焊接接头的几何形状和尺寸，建立了T型接头的三维有限元模型。接头材料的热物性参数、热传导系数和热膨胀系数等材料特性也在模型中考虑。通过对材料特性的分析，可以确定模型中的参数，为后续的数值模拟提供准确的输入条件。 2. 温度场模拟与分析 在焊接过程中，热源会加热接头，导致温度升高。为了理解焊接过程中温度场分布的规律，我们使用了热传导方程来模拟接头的温度场。根据热传导方程的边界条件和初值条件，可以求解得到接头在不同时间点的温度分布情况。 通过数值模拟，我们得到了焊接过程中温度场的分布曲线。可以发现，在焊接开始时，温度场的分布不均匀，呈现出高温区和低温区。随着焊接时间的增加，高温区逐渐扩散并向焊缝

两侧移动，直到逐渐平稳。这个温度分布的过程对于焊接接头的质量起着至关重要的作用。 3. 应力场模拟与分析 焊接过程中的热应力和残余应力是导致接头变形和开裂的主要原因之一。因此，研究焊接过程中的应力场分布对于理解接头的力学行为和预测接头的寿命具有重要意义。 我们采用了热弹性力学理论来模拟焊接过程中的应力场。根据焊接过程中的温度分布和材料的热力学参数，可以计算得到焊接接头中应力场的分布情况。通过数值模拟，我们发现焊接过程中的应力场分布与温度场的分布有密切关系。焊接接头在局部区域产生了较大的应力集中，同时沿着焊缝的方向形成了应力梯度。这些应力分布特征对于焊接接头的破裂和变形具有重要的影响。 结论 本文通过数值模拟的方法，研究了T型接头焊接过程中的温度场和应力场分布。我们发现焊接过程中温度场分布不均匀，并随着时间逐渐稳定。焊接接头中产生的应力场分布与温度场密切相关，对焊接接头的质量和性能具有重要的影响。 通过本文的研究，可以为改进焊接工艺和优化接头设计提供指导。通过合理调整焊接参数和接头几何形状，可以减少焊接过程中的温度梯度和应力集中，提高焊接接头的质量和性能。 尽管本文的数值模拟结果对于理解焊接过程中的温度场和应力场分布具有一定的意义，但实际焊接过程中仍需要进一步的实验验证和参数优化。对于不同材料和焊接条件下的T型接头焊接，还需要进行更加详细和准确的研究，以提高接头的质量和可靠性

t型接头焊接应力应变数值模拟分析

t型接头焊接应力应变数值模拟分析 摘要：本文针对T型接头焊接，采用数值模拟分析其焊接处应力应变特性。建立相应有限元模型，利用有限元分析软件ANSYS Workbench计算T型焊接处应力应变分布。结果表明：T型焊接处应力的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端越低；焊接处变形的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端变形越小。研究结果可为T型接头焊接工艺设计提供参考。 关键词：T型接头；焊接；应力；应变；ANSYS 1言 T型接头焊接是现今应用最为广泛的一种焊接形式。T型接头的结构特性使焊接处受到较大的应力、应变，而焊接处的应力应变分布是T型接头焊接可靠性的关键，对T型接头的使用有着重要的意义。随着焊接技术的发展，数值模拟分析及应力应变检测工具的建立与发展，有助于深入分析T型接头焊接结构的应力应变分布问题。 2验原理与方法 2.1限元模型建立 T型接头的结构模型，采用有限元分析软件ANSYS Workbench v17.2进行数值模拟。T型接头的焊接处，设置节点约束条件，模拟焊接处铆接表面的结合状态。坐标系采用Coordinate Systems（本针坐标系），将原点设置在T型焊接处中心。采用Structural Mechanics构力学模块，将材料设定为Q235钢，材料参数如下：密度为7800 kg/m3，泊松比0.3，模量2.06e+11 N/m2，屈服强度指数

210 MPa，塑性模量8.58e+09 N/m2。 2.2值模拟分析 选取T型接头焊接处直径为50 mm，接头长度为200 mm，焊接处的半径为25 mm，在模型网格优化后，采用ANSYS Workbench软件进行数值模拟，计算出T型焊接处的应力应变分布。间断应力应变分布图如Figure 1示。 3果分析 3.1接处应力分析 Figure 1示：T型焊接处应力分布分为圆形与旋转六边形；T型焊接处应力的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端越低；处于焊接处中心的应力最大值为2.17e+09 N/m2。 3.2接处应变分析 Figure 1示：T型焊接处应变分布形状相似于应力分布；焊接处变形的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端变形越小；处于焊接处中心的应变最大值为1.09e-05。 4论 通过有限元分析软件ANSYS Workbench对T型接头焊接处进行数值模拟分析，得出以下结论：T型焊接处应力的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端越低；焊接处变形的最大值出现在焊接处中心，越靠近接头端变形越小。研究结果可为T型接头焊接工艺设计提供参考。 5谢

铝合金焊接接头有限元分析研究

铝合金焊接接头有限元分析研究 近年来，随着工业领域的快速发展，铝合金材料越来越广泛地应用于航空、汽车、造船等领域。铝合金具有轻质、高强度、优秀的耐腐蚀性能等优点，但在焊接过程中容易出现变形和开裂等问题，使得焊接接头的强度和质量受到了限制。因此，对铝合金焊接接头进行有限元分析研究，可以有效地预测焊接接头的力学性能，提高产品质量和生产效率。 一、有限元分析基础 有限元法是一种基于物理场的数值计算方法，主要用于解决复杂的力学问题。 在有限元分析中，先将复杂的物体分割成若干个小的有限元单元，然后利用数学方法计算每个单元的力学特性，并将其组合成整个物体的力学行为模型。因此，有限元分析可以预测物体的应力、应变、位移等力学参数。 有限元分析的主要步骤包括几何建模、网格划分、材料特性的定义、加载和求 解等。其中，几何建模是有限元分析的第一步，对于铝合金焊接接头来说，需要根据实际零件的图纸和参数进行建模。网格划分是将几何模型分割成小的有限元单元的过程，划分的网格越细，结果越精确，但计算所需时间也越长。材料特性的定义包括材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等参数，这些参数是有限元分析计算过程中的重要输入。加载是指对模型施加外力或边界条件，以模拟实际工况，求解是将各个单元的力学参数用数学方法解算出来。 二、铝合金焊接接头优化设计 在铝合金焊接接头的设计中，为了提高其力学性能和减少焊接变形，需要进行 优化设计。通过有限元分析预测不同接头设计的应力和变形情况，进而选择最优的设计方案。

对于T型接头来说，为了减小焊接变形，可以增加接头槽宽度和板厚度，增加 角焊缝的长度和间隔，采用复合式焊接等方法。通过有限元分析，可以预测不同设计参数的应力分布和变形情况，选择出最优方案。 对于I型接头来说，当接头前缘对接时，容易产生断裂，因此需要增加前缘距。通过有限元分析预测不同接头参数的应力和变形情况，选择出最优的设计方案。三、铝合金焊接接头的应力分析 铝合金焊接接头受到外部荷载作用时，会产生应力分布。应力分布可能导致接 头裂纹、变形等问题，影响接头的力学性能。 在实际工程应用中，经常采用竖向载荷和横向载荷对接头进行应力分析。竖向 载荷是指垂直于接头板面的荷载，主要作用于板的表面。横向载荷是指平行于接头板面的荷载，主要产生剪切应力和变形。 通过有限元分析，可以预测不同载荷情况下接头的应力变化情况，为接头的优 化设计提供参考。 四、铝合金焊接接头的疲劳分析 铝合金焊接接头在使用过程中，可能会由于重复载荷作用而产生疲劳断裂。疲 劳破坏往往是不可逆的，会导致工件完全损坏，因此对接头的疲劳性能进行分析十分重要。 通过有限元分析，可以预测接头在不同载荷下的疲劳寿命，为接头的优化设计 和预防疲劳破坏提供参考。 五、结语 铝合金焊接接头的力学性能和质量对于整个铝合金制品的品质有着重要的影响。采用有限元分析技术可以预测接头的应力、变形、疲劳寿命等重要参数，为接头的

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。受设备和工艺的限制，某些大尺寸异型复杂结构无法实现一体化成型，为实现结构整体性和载荷有效传递，复合材料连接技术必不可少。目前研究的连接方式主要包括机械连接、胶结和焊接3种，其中焊接不适用于复合材料，主要应用的是前两种。前者承载能力强，且可重复装配和拆卸，一般用于连接主承力结构，但是存在钻孔引起纤维连续性的破坏、孔周应力集中及易出现分层现象。而胶接结构可以在不损伤材料强度的前提下，进一步降低结构质量，同时可以保持飞行器表面的平滑，具有结构轻、应力分布均匀等特点[1-4]，如空客A350和波音787机体连接结构中复合材料胶结结构应用均超过 了50 %。另外，从文献报道来看，先进复合材料结构在服役过程中60-85 %的失效都发生在连接处，因此，如何准确的计算复合材料胶结结构的应力状态一直是结构设计中的重点。 1 试验过程 1.1 试验样品 图1 试验用双搭板胶接件样件

复合材料胶结结构拉伸试验及胶层应力分析

复合材料胶结结构拉伸试验及胶层应力分析 任伟;张少锋;张博;胡乐瀚;胡琬婷 【摘要】通过对复合材料双搭接胶结结构开展单向拉伸试验,并利用理论和数值仿真方法分析对结构在拉伸状态下的胶层剪切应力进行.研究结果表明:胶结件的破坏为胶层与搭接板间的脆性脱粘破坏,无胶层内聚破坏,复合材料搭接板局部有分层损伤产生;应力变化趋势的理论结果和仿真结果一致,数据吻合性好且误差小,剪切应力最大值发生在胶结端部,变化趋势从样件中部到端部先下降再上升;胶结接头的破坏是由于外载作用下胶层内部的剪切应力和拉应力共同作用的结果. 【期刊名称】《环境技术》 【年(卷),期】2017(035)002 【总页数】5页(P54-58) 【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】任伟;张少锋;张博;胡乐瀚;胡琬婷 【作者单位】海军驻广州七五〇厂军事代表室,广州 510000;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 【正文语种】中文 【中图分类】V258

复合材料具备轻质、高比刚度、高比强度及可设计性等优异特性，已在航空航天领域有广泛应用，由次承力结构逐渐向主承力结构转变。为了实现载荷传递和结构的整体性，复合材料连接必不可少，目前研究的主要连接方式包括机械和胶结两种。与机械连接相比，胶结结构具备不破坏纤维的连续性、无钻孔引起的应力集中、不削弱元件承载能力、连接效率高和结构轻等优势[1～4]，在飞行器复合材料结构连接中占有很大比重，在某些机体结构上，胶结面积甚至超过机身总面积的50 %。然而，在服役过程中，有统计结果显示，复合材料连接部位是承载的薄弱环节，飞行器结构有70 %以上的破坏都发生在连接部位，因此，准确的计算连接结构的应力状态成为研究热点[5～8]，相关研究成果可为飞行器的安全可靠性服役保驾护航。本研究针对复合材料胶结结构的复杂应力状态，通过试验研究、理论分析和仿真模拟的方法研究复合材料双搭板胶接接头的应力分布及破坏形式。 1.1 试验样件 本研究选复合材料双搭板胶接接头为研究对象，试样照片如图1所示。内外搭板 材料为复合材料层合板，原材料为碳纤维双马树脂预浸料（CCF300/QY8911），经固化后形成复合材料层合板，单层厚度为0.12 mm，试板共铺设24层，铺层 顺序[+45/0/-45/90] 3 s；胶结连接使用胶膜，型号为BMS 5-101。复合材料与 胶膜基本力学性能参数如表1所示。 1.2 试验方法 1.2.1 拉伸试验 复合材料双搭胶接接头拉伸试验参考GB/T 7124-2008，万能力学试验机型号为MTS 810-100kN，加载速度为2 mm/min，为了保护复合材料，在试样加持端2个表面粘贴加强片，同时加强片可以实现载荷传递，复合材料双搭接接头拉伸加载示意图见图2。 1.2.2 理论分析

材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析

材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析摘要： 胶接接头已经被广泛应用于工业生产和制造中，它具有结构简单、重量轻、耐腐蚀、 密封性好和固定性强等优点。本文采用有限元方法以及基元胶接强度理论对材料特性对胶 接接头应力分布和弯矩因子进行研究。主要考虑了胶层厚度、胶接材料硬度和基材材料硬 度三个因素对胶接连接的影响。结果表明，随着胶层厚度的增大，胶接连接的弯矩因子会 增大，而应力分布会变得更加均匀。胶接材料硬度对胶接连接的影响因材料的不同而有所 不同，不同硬度的胶接材料表现出不同的弯矩因子和应力分布。基材材料硬度对胶接连接 的影响非常小，并且在实际应用中不太受到影响。本文研究结果对于优化胶接连接结构设 计和材料选择具有一定的参考意义。 关键词： Abstract: Adhesive joints have been widely used in industrial production and manufacturing due to their advantages of simple structure, light weight, corrosion resistance, good sealing and strong fixation. In this paper, the finite element method and the basic element adhesive strength theory are used to study the influence of material characteristics on stress distribution and bending moment factor of adhesive joints. Three factors, namely, adhesive thickness, hardness of adhesive material and hardness of substrate material, were considered for the influence on adhesive joints. The results show that with the increase of adhesive thickness, the bending moment factor of adhesive joint will increase, while the stress distribution will become more uniform. The influence of adhesive material hardness on adhesive joint is different due to different materials, and different hardness of adhesive materials show different bending moment factors and stress distribution. The influence of substrate material hardness on adhesive joint is very small and is not affected in practical applications. The results of this study are of reference significance for the optimization of adhesive joint structure design and material selection. Keywords: Adhesive joint; Material characteristics; Stress distribution; Bending moment factor; Finite element analysis.

有限元分析在机械设计中的应用

有限元分析在机械设计中的应用 机械设计是一个庞大且复杂的领域，涉及到各种力学性能的考量和优化。而有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种在机械设计中相当重要的工具，能够帮助工程师们更好地了解和改善产品的结构和性能。本文将探讨有限元分析在机械设计中的应用。 首先，有限元分析可以帮助工程师们预测和评估机械产品在各种载荷和环境条件下的行为。通过将复杂的结构分割成许多小的有限元（finite element），并对每个有限元进行力学和物理性质的模拟分析，可以获取整个结构的行为。这能够帮助工程师们确定材料的应力和变形分布，预测潜在的破坏点，以及评估产品的可靠性和寿命。例如，在航空航天工业中，工程师们可以使用有限元分析来研究飞机结构在高速飞行和极端温度变化下的强度和稳定性。 其次，有限元分析还能够帮助工程师们进行结构优化。通过在有限元模型中引入设计变量，如材料类型、尺寸、形状等，可以进行参数化研究和优化分析。工程师们可以通过改变不同设计变量的取值，探索最佳的设计方案，以满足指定的性能要求。例如，在汽车工业中，有限元分析可以帮助工程师们优化车身结构的强度和刚度，以提高整车的安全性和驾驶性能。 另外，有限元分析还能够帮助工程师们进行疲劳和断裂分析。在机械设计中，疲劳和断裂是常见的失效模式，对于产品的使用寿命和可靠性具有重要影响。有限元分析可以模拟材料在重复载荷下的疲劳行为，并预测疲劳寿命。此外，还可以通过应力强度因子等参数对断裂特性进行评估，以避免突发断裂事故的发生。这种能力使得有限元分析成为了机械设计领域中不可或缺的工具。 虽然有限元分析在机械设计中具有广泛的应用，但也有一些局限性。首先，有限元分析需要工程师们对数值计算和力学知识有深入的理解和掌握，以保证模拟结果的准确性和可靠性。其次，有限元分析的结果受到多种因素的影响，如边界条件

(完整)螺栓连接的有限元分析

1 概述 螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一.其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。在航空机载环境下，由于振动冲击的影响,设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性. 传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化.没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷.用有限元分析软件MSC。Patran/MSC。Nastran提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确,结果更可靠。因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛. 2 有限元模型的建立 对于螺栓的模拟，有多种模拟方法，如多点约束单元法和梁元法等。 多点约束单元法(MPC)即采用特殊单元RBE2来模拟螺栓连接.在螺栓连接处，设置其中一节点为从节点(Dependent），另外一个节点为主节点(Independent)。主从节点之间位移约束关系使得从节点跟随主节点位移变化。比例因子选为1，使从节点和主节点位移变化协调一致，从而模拟实际工作状态下，螺栓对法兰的连接紧固作用. 梁元法模拟即采用两节点梁单元Beam,其能承受拉伸、剪切、扭转。通过参数设置，使梁元与螺栓几何属性一致. 本文分别用算例来说明这两种方法的可行性。 2.1 几何模型

如图1所示组合装配体，底部约束。两圆筒连接法兰通过8颗螺栓固定.端面受联合载荷作用。 图1 三维几何模型 2。2 单元及网格 抽取圆筒壁中性面建模，采用四节点壳元(shell），设置壳元厚度等于实际壁厚。 法兰处的过渡圆弧处网格节点设置密一些，其它可以相对稀疏。 在法兰上下两节点之间建立多点约束单元（RBE2，算例1，图3）或梁元(Beam, 算例2,图4)来模拟该位置处的螺栓连接。

复合材料挖补修理固化工艺仿真分析

摘要 复合材料挖补修理固化过程中由于材料的热胀冷缩效应、基体树脂的化学收缩效应以及复合材料结构件与成型所用模具材料在热膨胀系数上的差异等因素的影响，导致复合材料挖补结构件内部残余应力的产生，进而引起复合材料挖补结构件产生回弹变形以及翘曲变形，使得修理构件在室温下的自由形状与预期的设计形状存在一定的差异，即产生固化变形。这种固化变形的产生对零件外形精度和构件的连接匹配产生极为不利的影响，在装配时会引起附加残余应力、密封性差等问题，导致制件的结构强度和疲劳寿命降低，甚至造成制件报废。因此，许多学者从理论模型、数值模拟、实验研究等几方面进行了深入研究，分析了复合材料挖补修理产生固化变形和残余应力的原因和机理，从而达到控制复合材料固化变形的目的。本文建立了复合材料挖补修理固化仿真分析方法，研究固化过程中修补方式、修补工艺参数等对复合材料挖补修理结构件固化变形的影响，旨在为今后实际生产提供一定的理论依据。 关键词：复合材料；挖补修理；固化工艺；仿真 第1章绪论 1.1研究背景和意义 复合材料由于具有较高的比能量、比模量、耐腐蚀、抗疲劳和良好的设计能力，在空间中应用广泛，已成为空间的主要结构材料。绝大多数复合材料加工采用一体成型技术，以达到降质降本的目的。因此，复合材料的整体设计与成型技术已成为复合工程应用的迫切需求，是现阶段和很长一段时间内先进树脂基复合材料领域的主流技术。飞机复合结构很容易受到损坏，包括制造、服务和环境破坏。尤其是在战场上，飞机结构很容易被子弹、沙子等撞击损坏。为确保飞机处于良好状态，受损的复合材料结构需要及时修复以恢复其功能。阶梯式修复是一种很好的修复方法，可以大大提高损坏层板的残余强度。这些工作为今后基坑修复的进一步规划和分析提供了参考。 但是，在实际应用中发现，由于完全不同于金属的组织结构，复合材料结构的抗冲击阻抗、抗冲击韧性低，而且受低速冲击后的损伤不像金属一样呈现在表面，而是隐藏于结构的内部。这些不可见的损伤可引起材料强度的急剧下降，它们往往出现在

单搭接结构胶接头连接效率的影响因素分析

单搭接结构胶接头连接效率的影响因素分析 陈涛;曾俊伟;段利斌;李卓 【摘要】对单搭接结构胶接头进行拉伸试验,同时建立其有限元模型进行仿真,对单搭接结构胶接头连接效率的影响因素、接头两端刚度的差异对接头连接效率的影响进行分析.结果表明:对于钢材与铝材之间的结构胶连接,随着母材材料屈服强度的增大,接头连接效率不断提高,但当母材屈服强度增加到一定值后,接头连接效率反而呈现下降的趋势;与钢材相比,接头连接效率对铝材屈服强度更为敏感.接头连接效率也随接头几何尺寸(母材厚度、接头搭接长度和搭接宽度)的增加而提高.而对于两端刚度不同的结构胶连接,接头连接效率随着其两端刚度差异的加大而降低,因此为提高接头的连接效率,应尽量选用屈服极限相近的母材. 【期刊名称】《汽车工程》 【年(卷),期】2016(038)008 【总页数】8页(P1030-1036,1024) 【关键词】结构胶接头;单搭接;连接效率;刚度差异 【作者】陈涛;曾俊伟;段利斌;李卓 【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆400039;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082【正文语种】中文

随着汽车轻量化技术的发展，车身所用材料呈现出多样化的趋势，由于异种材料之间的物理、化学和力学性能方面存在较大差异，因此多材料轻量化车身对连接技术提出了新的挑战，从而使异种材料之间的连接技术成为研究的热点。由于异种材料采用传统连接技术连接时具有很明显的缺点，如传统点焊连接由于技术瓶颈和成本的原因，无法广泛应用于异种材料的连接；而铆接和螺栓连接则在连接处有显著的应力集中[1-2]。结构胶连接作为一种新型连接技术，具有良好的异种材料连接性能，且有利于车身轻量化、提高车辆的碰撞性能和增加车身结构的刚度、强度和耐久性，同时结构胶连接技术也解决了传统连接技术可能产生的应力集中和疲劳强度差等问题[3]。 国内外学者对结构胶连接进行了大量的研究，文献[4]中研究了母材的材料特性、 厚度和表面处理对同种材料之间结构胶连接初始强度的影响。试验表明，母材屈服强度和厚度的增加在一定程度上有利于提高接头连接强度，而材料表面镀层对接头连接强度没有影响。文献[5]中对单搭接(single lap joint)接头胶层内部的应力分布进行了研究，结果表明，接头搭接区域两边缘处的胶层表现出显著的应力集中，而在中间区域应力集中则明显降低。文献[6]中采用离散弹簧单元来模拟结构胶，并 尝试将其应用到整车碰撞仿真中。文献[7]中建立了三维实体单元来模拟结构胶， 并评价弹性模量、胶层厚度和载荷条件对胶层应力分布的影响。文献[8]中研究了 温度、应变速率对胶接接头冲击性能的影响，结果表明胶接接头的拉剪强度和能量吸收随温度的升高而减小，随应变率的提高而增大。文献[9]中对车用结构胶的有 限元模拟方法进行了研究，从建模和计算效率等方面对比分析了内聚力模型(cohesive zone model)、连续介质力学模型、一维模型和断裂力学模型等4种模拟方法的优缺点。 随着车身所用材料呈现多样化的趋势，结构胶接头更多地表现出刚度不平衡的特性，而在以往的文献中，学者们主要针对刚度对称的结构胶接头进行研究[10]，而对两

《液阻悬置》第3章汽车橡胶减振元件弹性特性的有限元分析

第三章汽车橡胶减振元件弹性特性的有限元分析 3.1前言 作为一种工程材料，橡胶具有良好的弹性，在负载结构支承、弹簧、密封件、减振衬套、法兰接头及轮胎等领域得到广泛应用。现代汽车上应用的橡胶元件达600种之多，它们起着各种不同的作用，对其性能的要求也不相同。对于起减振作用的橡胶元件，主要对其静、动刚度有一定的要求，以保证其承载和减振性能。汽车上广泛使用的橡胶减振部件有轮胎、发动机支承、车身支承、悬架的橡胶衬套、传动轴支承以及排气管支承等，它们的静、动态力学特性对汽车的操纵稳定性、平顺性和耐久性具有十分重要的影响。对这些具有高性能和高可靠性要求的橡胶部件，在设计开发阶段应对其进行详细的力学分析。对于橡胶隔振器，当其为规则的形状时，可利用有关公式［38,39］计算其静刚度。 橡胶的性能非常复杂，不能像金属那样用相当少的几个参数（如弹性模量和泊松比）就可以描述。就材料特性和几何特性来说，橡胶是非线性的。橡胶的力学性能对温度、环境、应变历史、加载速率和应变率的影响较敏感，生产工艺和添加剂（如添加炭黑的多少和种类）对橡胶的力学性能也有重要影响［40］。为描述橡胶的力学性能（特别是弹性性能）,曾经提出过许多理论模型，但是除几种几何形状和最简单承载的情况外，现有模型的解析解也十分复杂。因此，在早期的橡胶产品的开发中，大多采用反复试验修正的方法。 自70年代中后期以来，由于计算机的飞速发展和普及，以及橡胶本构关系研究的进展，特别是有处理超弹性体材料能力的有限元分析程序（如ABAQUS ［41］、 MARK ［42］、ADINA ［43］等）的出现，为工程应用中进一步研究、认识、理解和优选橡胶类材料提供了有效的方法。目前对橡胶元件的有限元分析，主要在其静力学特性的分析和优化上［44-49］O 本章论述了建立橡胶超弹性特性本构关系时实验数据的获取方法，并对利用不同橡胶本构模型时拟合得到的实验数据进行了分析。讨论了在进行橡胶有限元分析时单元的 1

建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接ansys应力有限元分析(详细图解分析)_secret

焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析 1.1 焊接变形与焊接应力 焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。 在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。 对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力，称为焊接残余应力。并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。 1.2 Ansys有限元焊接分析 为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。 ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。 间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。即：