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基于有限元的搭接接头应力集中系数分析

焊接学报 2013年第7期34卷 109-112,118页

作者：付雷程荣龙杨建国王涛方洪渊哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 浙江工业大学化工机械设计研究所杭州310014

针对双侧焊接的搭接接头进行有限元建模,计算不同搭接长度、焊缝宽度和焊趾过渡圆弧半径下焊根和焊趾处的应力集中系数,回归分析建立应力集中系数与各几何参数的关系方程.结果表明,搭接长度对应力集中系数的影响最显著,随着搭接长度增大... 详细信息

针对双侧焊接的搭接接头进行有限元建模,计算不同搭接长度、焊缝宽度和焊趾过渡圆弧半径下焊根和焊趾处的应力集中系数,回归分析建立应力集中系数与各几何参数的关系方程.结果表明,搭接长度对应力集中系数的影响最显著,随着搭接长度增大,焊根和焊趾处应力集中系数都增大;随着焊缝宽度增大,焊根应力集中系数降低,焊趾应力集中系数升高;焊趾过渡半径较大时,随着焊趾过渡半径增大,焊根应力集中系数小幅增大,焊趾应力集中系数基本不变;应力集中系数关系方程与有限元计算结果吻合较好,焊根和焊趾应力集中系数的相对误差在5%和2%以内.

关键词：搭接接头应力集中系数焊根焊趾有限元

异种高强铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的缺陷和拉伸性能

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中国有色金属学报 2014年第5期24卷 1167-1174页

作者：宋友宝杨新岐崔雷中志康侯晓鹏天津大学材料科学与工程学院天津市现代连接技术重点实验室天津300072

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚2024/7075异种高强铝合金进行上下板交换位置的搭接焊试验,分析接头的缺陷特征和拉伸性能。结果表明:材料位置和焊接速度对缺陷和拉伸性能有较大影响。当2024铝合金为上板时,接头中存在大面积孔洞缺陷,焊缝表面粗... 详细信息

采用搅拌摩擦焊对5 mm厚2024/7075异种高强铝合金进行上下板交换位置的搭接焊试验,分析接头的缺陷特征和拉伸性能。结果表明:材料位置和焊接速度对缺陷和拉伸性能有较大影响。当2024铝合金为上板时,接头中存在大面积孔洞缺陷,焊缝表面粗糙,尤其在300 mm/min焊速下存在较严重的起皮缺陷;钩状缺陷为搭接接头的典型缺陷,低焊速(50和150 mm/min)下钩状缺陷向上扩展距离较大,7075铝合金为上板时高焊速(225和300 mm/min)下后退侧钩状缺陷水平向焊核区扩展距离较大;在低焊速下,7075铝合金为上板的接头强度较高;在高焊速下,2024铝合金为上板的接头强度较高;钩状缺陷严重减小接头的有效板厚和有效搭接宽度,是接头强度降低的主要因素,优化搅拌摩擦焊搭接工艺必须同时增大有效板厚和有效搭接宽度。

关键词： 2024 7075铝合金搅拌摩擦焊搭接接头缺陷拉伸性能

铜合金与不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能

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焊接学报 2018年第10期39卷 88-92,132页

作者：任国春黎宇航高士友徐杰燕山大学机械工程学院秦皇岛066004

采用搅拌摩擦搭接焊对铜合金与不锈钢异种金属进行焊接,得到外观良好、无内部缺陷的搭接接头.利用金相、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射及硬度计等研究了铜–钢搭接焊接头显微组织,分析了接头的物相成分,测试了接头的显微硬度.结果表明,... 详细信息

采用搅拌摩擦搭接焊对铜合金与不锈钢异种金属进行焊接,得到外观良好、无内部缺陷的搭接接头.利用金相、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射及硬度计等研究了铜–钢搭接焊接头显微组织,分析了接头的物相成分,测试了接头的显微硬度.结果表明,不锈钢与铜在焊合区形成了"洋葱环"结构,此结构在焊核区的前进侧较后退侧更为均匀;在接头的前进侧、后退侧和底部有明显的热力影响区;在条状结构中形成了新的金属间化合物NiCu4,这使焊核区不锈钢–铜界面的硬度值明显增大;接头焊核区的硬度值明显高于基体,且焊核区前进侧的硬度值较后退侧更高.

关键词：铜不锈钢搅拌摩擦焊搭接接头

光纤激光GH3128搭接接头高温力学性能研究

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中国激光 2022年第21期49卷 164-172页

作者：袁振飞蒋劲程智伟杜欣祁百鑫武强杨顺华肖荣诗北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室北京100124 中国空气动力研究与发展中心高超声速冲压发动机技术重点实验室四川绵阳621000

基于侧吹保护条件下的光纤激光非穿透深熔焊接工艺,模拟了构件的服役环境,对GH3128搭接接头进行了不同循环次数的900℃真空热处理,并对接头组织和显微硬度、室温与高温拉伸及蠕变拉伸性能进行了分析测试,通过分析组织与断口,对GH3128搭... 详细信息

基于侧吹保护条件下的光纤激光非穿透深熔焊接工艺,模拟了构件的服役环境,对GH3128搭接接头进行了不同循环次数的900℃真空热处理,并对接头组织和显微硬度、室温与高温拉伸及蠕变拉伸性能进行了分析测试,通过分析组织与断口,对GH3128搭接接头的高温力学性能进行了评估。研究结果表明,与无热处理接头相比,热处理后的接头的室温与高温拉伸性能分别提升了35%和20%,蠕变性能大幅提高。接头组织分析结果表明:热处理后的接头枝状组织消熔,晶粒呈粗大等轴晶状态;各断口均呈现出“抛物线”状韧窝,开口方向与拉伸力方向一致,呈韧性断裂特征,且无显微裂纹产生;热处理次数对接头显微硬度、室温及高温拉伸性能的影响不大;随着热处理次数的增加,接头蠕变性能呈减小趋势。

关键词：光纤光学激光焊接 GH3128 搭接接头高温拉伸蠕变性能

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钢筋套筒灌浆对接与搭接接头力学性能对比

哈尔滨工业大学学报 2020年第8期52卷 140-150页

作者：余琼张远明宫鑫白少华范宝秀同济大学结构工程与防灾研究所上海200092 山西建筑工程集团有限公司太原030032

为研究套筒灌浆对接和搭接接头力学性能差异,进行了24个对接和12个搭接接头单向拉伸试验,对比研究了接头的破坏形态、承载力、延性、力-位移曲线、套筒应变等.对接接头在加载过程中套筒中部灌浆料出现全截面开裂现象,加载结束发生了灌... 详细信息

为研究套筒灌浆对接和搭接接头力学性能差异,进行了24个对接和12个搭接接头单向拉伸试验,对比研究了接头的破坏形态、承载力、延性、力-位移曲线、套筒应变等.对接接头在加载过程中套筒中部灌浆料出现全截面开裂现象,加载结束发生了灌浆料从套筒中拔出破坏,搭接接头无以上现象.试验结果表明在套筒长度相同时,搭接接头承载力、总伸长率、刚度分别是对接接头的5~7倍、3~5倍、2~3倍,位移延性系数大于对接接头;在锚固长度相同时,搭接接头承载力、位移延性略大于对接接头,两者初始刚度差别不大,而搭接接头中后期刚度高于对接接头.对接接头套筒中部截面纵向受拉,而搭接接头加载前期受拉,后期受压,反映搭接接头对套筒抗拉强度要求较低;对接接头套筒中部截面环向受压,而搭接接头加载前期受压,后期受拉,说明搭接接头套筒中部对灌浆料约束作用大于对接接头.搭接接头力学性能优于对接接头,可运用于预制装配式结构钢筋连接.

关键词：套筒灌浆对接接头搭接接头传力路径套筒应变

干/湿状态下HFRP搭接接头的剪切蠕变试验及分数阶导数流变模型

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工程科学学报 2017年第9期39卷 1396-1402页

作者：王小萌周储伟南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

搭接是纤维增强复合材料(FRP)的重要连接方式,长期性能是该技术实际工程应用的关键.对不同恒定应力和湿度状态下混杂FRP(HFRP)双搭接接头的剪切蠕变性能进行了试验研究.试验观测到了明显的蠕变变形,测定了蠕变与恒定应力及湿度的关系.... 详细信息

搭接是纤维增强复合材料(FRP)的重要连接方式,长期性能是该技术实际工程应用的关键.对不同恒定应力和湿度状态下混杂FRP(HFRP)双搭接接头的剪切蠕变性能进行了试验研究.试验观测到了明显的蠕变变形,测定了蠕变与恒定应力及湿度的关系.进一步采用分数阶导数流变模型对试件的蠕变进行模拟.根据模型所包含的Mittag-Leffler函数的性质采用了改进的Powell优化算法,并确定了合理的初值,结合试验曲线拟合得到模型各参数值.根据搭接接头蠕变的特点,在经典分数阶流变模型中引入了表征应力水平对搭接接头非线性蠕变特性影响的函数,提出了一种改进的分数阶蠕变柔量计算公式.研究结果表明,该流变模型能够采用简单的表达形式和较少的参数对试件的非线性蠕变行为进行拟合,在30%~70%恒定应力范围内准确模拟了双剪搭接接头的蠕变曲线.

关键词： HFRP 搭接接头剪切蠕变分数阶导数流变模型

搅拌针形状及旋转速度对搅拌摩擦焊搭接接头迁移界面的影响

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稀有金属 2016年第5期40卷 467-472页

作者：金玉花黄振有李常锋温雨王希靖兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室甘肃兰州730050

采用圆台形搅拌针和倒圆台形搅拌针分别对2 mm厚的AZ61B镁合金材料进行了搅拌摩擦焊(FSW)搭接试验,研究了搅拌针形状及旋转速度对搭接接头迁移界面的影响。研究结果表明,倒圆台形搅拌针作用下的搭接接头焊核区出现明显的分层现象,而圆... 详细信息

采用圆台形搅拌针和倒圆台形搅拌针分别对2 mm厚的AZ61B镁合金材料进行了搅拌摩擦焊(FSW)搭接试验,研究了搅拌针形状及旋转速度对搭接接头迁移界面的影响。研究结果表明,倒圆台形搅拌针作用下的搭接接头焊核区出现明显的分层现象,而圆台形搅拌针作用下的搭接接头焊核区分层现象不明显,并且前者的接头界面迁移高度较后者的低。旋转速度对接头的焊核区形貌及界面迁移高度也有重要的影响:随着旋转速度的增大,焊核区尺寸也逐渐增大;当焊速为定值时,随着旋转速度的增加,界面迁移高度也随之增加,当旋转速度超过一定值时,即圆台形搅拌头的旋转速度大于1200 r·min^(-1)或倒圆台形搅拌头的旋转速度大于1100 r·min^(-1)时,界面迁移高度将保持恒定或减小。剪切拉伸性能测试结果表明,断裂均起源于迁移界面,然后沿着垂直于载荷方向断裂;界面迁移高度越低,接头抗剪强度越高;与圆台形搅拌针相比,倒圆台形搅拌针获得的接头最大抗剪强度提高了10%。

关键词：搅拌摩擦焊搭接接头搅拌针形状界面迁移高度抗剪强度

铝合金2024-T4搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能分析

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航空材料学报 2012年第3期32卷 51-56页

作者：徐效东杨新岐周光佟健华天津大学材料科学与工程学院天津市现代连接技术重点实验室天津300072 中国搅拌摩擦焊中心北京赛福斯特技术有限公司北京100024

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能。结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重。疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上"拉起"较严重的焊核区后退侧。当应力比为0.1时,铝合金搅... 详细信息

研究了铝合金2024-T4搅拌摩擦焊(FSW)搭接接头的微观组织特征和疲劳性能。结果表明,搭接接头后退侧热力影响区晶粒变形程度较前进侧严重。疲劳试样断裂位置均位于弱连接缺陷向上"拉起"较严重的焊核区后退侧。当应力比为0.1时,铝合金搅拌摩擦焊搭接接头对应于95%存活率的疲劳强度特征值Δσk为18.25MPa,与铝合金熔焊搭接接头的Δσk为13.92MPa相比,增加了31.11%。与此同时,FSW搭接接头疲劳S-N曲线斜率m为5.39,大于熔焊接头所对应的S-N曲线斜率范围3.0～3.5,可见在长寿命区搭接接头的疲劳性能优于熔焊接头。搭接接头的裂纹源位于搭接接头上板底部位置的表面缺陷或者强化相颗粒处,对应于弱连接缺陷处。

关键词：铝合金搅拌摩擦焊搭接接头微观组织疲劳性能

轴肩下压量对搅拌摩擦焊搭接接头力学性能的影响

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焊接学报 2013年第3期34卷 15-19,113-114页

作者：邢丽魏鹏宋骁柯黎明南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室南昌330063

采用表面为右螺纹圆柱型搅拌针的搅拌头对3 mm厚LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验,研究了轴肩下压量对接头界面迁移和搭接接头力学性能的影响.结果表明,随轴肩下压量增大,焊缝两侧的搭接界面均向下迁移,其迁移量随下压量的增加而增加... 详细信息

采用表面为右螺纹圆柱型搅拌针的搅拌头对3 mm厚LY12铝合金进行了搅拌摩擦焊搭接试验,研究了轴肩下压量对接头界面迁移和搭接接头力学性能的影响.结果表明,随轴肩下压量增大,焊缝两侧的搭接界面均向下迁移,其迁移量随下压量的增加而增加,焊缝返回侧的界面迁移量大于前进侧.控制轴肩下压量,当轴肩下压量合适时,焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移.当焊缝两侧的界面仅发生较小的迁移量时,搭接接头有较高的抗剪强度,且断裂都发生在上板,呈正断.焊缝两侧的搭接界面向下迁移时,断裂都发生在下板,接头抗剪强度随界面迁移高度的增加而减小,且受拉侧在下板前进侧时,接头的抗剪强度较受拉侧在下板返回侧时的高.

关键词：搅拌摩擦焊搭接接头轴肩下压量界面迁移力学性能