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钢铝异种自冲铆接结构静载变形失效机制

锻压技术 2024年第3期49卷 136-142页

作者：张先炼扶文生张青长江大学机械工程学院湖北荆州434023

针对ST14冷轧钢与5083铝合金异种薄板组合自冲铆接结构在静态载荷作用下的变形失效机制开展研究。围绕钢铝异种自冲铆接成形质量进行对比分析,确定工艺参数。通过拉伸-剪切试验,分析搭接次序及铆点数量对接头静力学性能、瞬时刚度及失... 详细信息

针对ST14冷轧钢与5083铝合金异种薄板组合自冲铆接结构在静态载荷作用下的变形失效机制开展研究。围绕钢铝异种自冲铆接成形质量进行对比分析,确定工艺参数。通过拉伸-剪切试验,分析搭接次序及铆点数量对接头静力学性能、瞬时刚度及失效行为的影响,探究静态载荷作用下钢铝异种自冲铆接接头的变形失效机制。结果表明:钢作上板时接头的成形质量、静力学性能以及瞬时刚度特性优于铝合金作上板时的接头。铆点数量的增加能够显著提升钢铝异种自冲铆接接头的性能,且对铝合金作上板时接头的提升效果更好。单点接头的静载失效形式均为铆钉与下板分离,双点接头的失效形式分别为双铆钉从ST14冷轧钢下板脱离以及5083铝合金下板断裂。接头失效后上板均发生翘曲变形,以塑性更好的材料作为上板,变形特征更明显,并能够获得更好的承载能力。铆点数量增加能够有效抑制板材塑性变形,并进一步提升接头的承载能力。

关键词：自冲铆接 ST14冷轧钢 5083铝合金静力学性能瞬时刚度失效行为变形机制

复合材料与金属薄板自冲铆接成型工艺及影响因素研究

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热加工工艺 2024年第11期53卷 66-71,77页

作者：张青张先炼扶文生田茂涛长江大学机械工程学院湖北荆州434023

为探究复合材料与金属异种薄板自冲铆接工艺的影响因素,选用碳纤维增强复合材料(CFRP)分别与1.5、2.0 mm的AA5083铝合金,1.5 mm的镀锌钢DC54D+Z,1.2 mm的超高强钢DP1180进行自冲铆接试验;基于成型剖面对比分析研究接头的成型特点,并通... 详细信息

为探究复合材料与金属异种薄板自冲铆接工艺的影响因素,选用碳纤维增强复合材料(CFRP)分别与1.5、2.0 mm的AA5083铝合金,1.5 mm的镀锌钢DC54D+Z,1.2 mm的超高强钢DP1180进行自冲铆接试验;基于成型剖面对比分析研究接头的成型特点,并通过力学试验进一步研究接头在静载作用下的力学性能与失效行为。结果表明:断裂的纤维丝始终存在于铆钉脚与下板的间隙区域,导致铆钉脚不能刺入下板,对成型产生负面影响;金属板材质和厚度均对接头性能有所影响,强度越高和厚度越大,接头成型质量越差;复合材料-金属接头刚度受下板金属材料的影响较小;接头失效形式均为拉脱失效,承载能力与机械内锁强度成正比,可采取措施使铆钉刺入下板,增大钉脚张开度来防止产生拉脱失效;这4组接头成型过程中铆钉对纤维板的压溃损伤程度相同,拉脱失效后铆钉的倾斜角度和碳纤维板的破坏程度基本一致。

关键词：自冲铆接复合材料成型工艺静力学性能失效形式

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5083铝合金自冲铆接成形机理与失效分析

塑性工程学报 2023年第3期30卷 91-98页

作者：扶文生张先炼张青长江大学机械工程学院湖北荆州434023

采用不同材质的铆钉及不同规格的下模具研究了5083铝合金自冲铆接头的工艺特点,基于有限元及力学试验结果分析了接头的成形机理、力学性能及失效行为。结果表明,采用36MnB4硼钢铆钉和平模制备的接头成形质量更高。铆钉材质和模具规格均... 详细信息

采用不同材质的铆钉及不同规格的下模具研究了5083铝合金自冲铆接头的工艺特点,基于有限元及力学试验结果分析了接头的成形机理、力学性能及失效行为。结果表明,采用36MnB4硼钢铆钉和平模制备的接头成形质量更高。铆钉材质和模具规格均会影响5083铝合金自冲铆接头的成形质量,铆钉材质的优化对成形质量具有更为显著的提升效果。有限元模拟的接头成形截面参数与实际试验截面参数基本一致。成形过程中,铆钉腿与钉头过渡区域为铆钉上的应力集中区域,而被连接板材上的应力集中主要处于塑性变形区域。接头应力集中区域与实际失效特征区域相吻合,5083铝合金自冲铆接头失效形式均为下板与铆钉分离,且接头承载能力越强,失效后的破坏特征越明显。采用36MnB4硼钢铆钉和平模的接头综合性能更优,能够满足相对较高的承载需要,适用于对抗冲击性能要求较高的结构。

关键词：自冲铆接 5083铝合金塑性成形静力学性能失效分析

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退火处理对钛合金自冲铆接头疲劳特性的影响

焊接学报 2018年第3期39卷 124-128页

作者：卢毅何晓聪邢保英张先炼昆明理工大学机电工程学院昆明650500

对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理,并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验;采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合,得到热处理前后接头的F-lg N曲线;运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断... 详细信息

对钛合金自冲铆接头整体进行去应力退火处理,并对热处理前后的接头进行静拉伸及疲劳试验;采用三参数幂函数表达式对热处理前后接头的疲劳试验数据进行拟合,得到热处理前后接头的F-lg N曲线;运用扫描电子显微镜对疲劳失效后接头的铆钉断口进行微观观察,并对比分析去应力退火对接头疲劳特性的影响.结果表明,铆钉断裂为接头在疲劳试验中的主要失效模式;去应力退火对接头疲劳失效模式有很大影响,使得接头在疲劳试验中的薄弱环节具有由铆钉向基板转变的趋势;去应力退火热处理提高了接头在中等寿命区的疲劳特性,但降低了钛合金自冲铆接头在长寿命区的疲劳特性.

关键词：自冲铆连接钛合金退火疲劳特性断口分析

铆钉对TA1与1420自冲铆接工艺及失效行为的影响

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焊接学报 2019年第7期40卷 37-43,I0003,I0004页

作者：张先炼何晓聪曾凯昆明理工大学

采用自冲铆接技术对TA1与1420异质薄板组合铆接工艺进行了详细分析,且以长度6mm,硬度44HRC±2HRC和48HRC±2HRC的铆钉制备了TA1-1420接头(TAF)、1420-TA1接头(ATF)和TA1-1420接头(TAS).通过拉伸剪切和疲劳试验获取了三组接头的失效模式... 详细信息

采用自冲铆接技术对TA1与1420异质薄板组合铆接工艺进行了详细分析,且以长度6mm,硬度44HRC±2HRC和48HRC±2HRC的铆钉制备了TA1-1420接头(TAF)、1420-TA1接头(ATF)和TA1-1420接头(TAS).通过拉伸剪切和疲劳试验获取了三组接头的失效模式,借助电子扫描显微镜研究了铆钉对TA1与1420异质薄板接头失效行为的影响.结果表明,铆钉对TA1与1420异质薄板组合的铆接工艺有明显影响,采用6mm长度的铆钉能够实现对其有效连接,采用高硬度铆钉可减轻铆钉墩粗程度.铆钉硬度提高使接头失效部位由下板大变形区域下移至接头底部,导致异质薄板组合接头的失效行为存在差异.

关键词：自冲铆接钛合金铝锂合金铆接工艺失效行为

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铝合金自冲铆接微动行为研究

材料导报 2017年第14期31卷 105-108,131页

作者：赵伦何晓聪邢保英张先炼邰加琪昆明理工大学机电工程学院昆明650500

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。... 详细信息

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。

关键词：自冲铆接微动行为疲劳失效二参数威布尔分布疲劳三参数经验公式

TA1纯钛与1420铝锂合金异质薄板自冲铆接微动疲劳特性

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材料工程 2019年第4期47卷 143-151页

作者：张先炼何晓聪邢保英曾凯昆明理工大学机电工程学院昆明650500

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... 详细信息

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。

关键词：自冲铆接 TA1工业纯钛 1420铝锂合金疲劳强度微动磨损

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钛铝异质自冲铆接头疲劳性能及失效机理

工程科学学报 2018年第4期40卷 478-484页

作者：刘洋何晓聪张先炼昆明理工大学机电工程学院

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.... 详细信息

对纯钛(TA1)和铝锂合金(AL1420)异质单搭自冲铆接头进行静力学实验和疲劳实验研究,通过三参数经验公式采用S-N曲线拟合法绘制接头的S-N曲线,分析接头的疲劳性能;采用扫描电子显微镜对接头疲劳断口进行观测,研究接头的微观疲劳失效机理.结果表明:接头的静力学性能与疲劳性能不具有一致性,TA1-AL1420(TA)接头静力学性能更优,但其疲劳性能比AL1420-TA1(AT)接头差;TA接头疲劳失效形式为下板断裂,疲劳裂纹萌生于靠近铆钉脚处的板材区域,随后沿着板宽方向扩展,最终导致下板完全断裂.AT接头在短寿命区因铆钉断裂失效,铆钉的断口属于脆性疲劳断裂;在中长寿命区出现铆钉断裂和下板断裂的混合失效形式,疲劳裂纹从下板一端萌生,沿着板宽向另一端方向扩展,导致下板断裂失效.

关键词：自冲铆 AL1420铝锂合金 TA1纯钛疲劳特性扫描电子显微镜

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钛合金薄板自冲铆接工艺及失效行为研究

机械工程学报 2018年第13期54卷 202-207页

作者：张先炼何晓聪赵伦邢保英昆明理工大学创新制造技术研究所

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... 详细信息

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。

关键词：自冲铆接 TA1钛合金工艺研究失效行为断口分析