湿热-力耦合作用对CFRP/铝合金粘接接头力学性能的影响
发布时间：2021-05-19 19:46
随着汽车产业规模的不断扩大,其所带来的能源消耗和环境污染等问题日益严重。而通过多材料混合使用实现汽车轻量化是解决当前所面临问题的有效途径之一。CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）、铝合金、镁合金以及高强度钢等材料凭借其良好的轻量化效果,在汽车工业中的应用日益广泛。实现不同材料之间的有效连接是多材料汽车结构设计中的关键技术之一。粘接结构能够在不破坏基材的同时提供一定连接强度,在异种材料特别是涉及CFRP的连接中扮演重要角色。胶粘剂及复合材料具有温度敏感性,环境温度的变化会影响其力学性能。同时长期湿热环境可能导致粘接结构发生老化。除了外部环境影响外,车用粘接结构在服役过程中受到交变载荷的作用,容易发生疲劳失效。而且在载荷持续作用下,粘接结构性能会出现一定程度的退化。因此,研究温度、湿度及交变载荷单独或耦合作用对复合材料粘接接头性能的影响,提供有效的粘接结构失效预测方法,具有十分重要的意义。本文基于国家自然科学基金项目“面向新材料车身的粘接结构老化寿命预测方法研究（51775230）”,重点研究温度、湿度和交变载荷三种因素单独及耦合作用下的CFRP/铝合...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 几何及工艺参数对复合材料粘接接头性能的影响
1.2.1 几何参数
1.2.2 工艺参数
1.3 温、湿环境以及交变载荷对复合材料粘接接头性能的影响
1.3.1 环境温度影响
1.3.1.1 胶粘剂与复合材料
1.3.1.2 粘接接头
1.3.2 温度老化
1.3.2.1 胶粘剂与复合材料
1.3.2.2 粘接接头
1.3.3 湿度影响
1.3.3.1 胶粘剂与复合材料
1.3.3.2 粘接接头
1.3.4 交变载荷影响
1.3.5 耦合影响
1.3.5.1 温度、湿度耦合
1.3.5.2 温度、湿度及交变载荷耦合影响
1.4 粘接结构分析方法
1.5 论文选题与研究内容
第2章 交变载荷对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
2.1 引言
2.2 材料选择与接头制作
2.2.1 试验材料
2.2.2 CFRP/铝合金粘接接头设计与制作
2.3 试验测试
2.3.1 不同表面粗糙度CFRP粘接接头测试
2.3.2 载荷老化试验
2.4 测试结果与分析
2.4.1 CFRP表面粗糙度对粘接接头性能影响
2.4.2 交变载荷对粘接接头性能的影响
2.5 本章小结
第3章 温度-交变载荷耦合老化对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
3.1 引言
3.2 材料选择与试样制作
3.3 试验测试
3.3.1 不同温度下接头准静态性能测试
3.3.2 粘接接头老化试验
3.3.3 胶粘剂与CFRP的FTIR测试
3.3.4 胶粘剂与CFRP的DSC测试
3.4 测试结果与分析
3.4.1 胶粘剂与CFRP的FTIR测试结果
3.4.2 胶粘剂与CFRP的DSC测试结果
3.4.3 服役温度对粘接接头性能的影响
3.4.4 温度老化对粘接接头性能的影响
3.4.5 温度与交变载荷耦合老化对粘接接头性能的影响
3.5 本章小结
第4章 湿热-交变载荷耦合老化对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
4.1 引言
4.2 材料选择与试样制作
4.3 试验测试
4.3.1 粘接接头老化试验
4.3.2 胶粘剂与CFRP的FTIR、DSC测试
4.4 测试结果与分析
4.4.1 胶粘剂与CFRP的FTIR测试结果
4.4.2 胶粘剂与CFRP的DSC测试结果
4.4.3 湿热老化对粘接接头性能的影响
4.4.4 湿热与交变载荷耦合老化对粘接接头性能的影响
4.5 本章小结
第5章 温度、湿度对CFRP/铝合金粘接接头疲劳性能的影响
5.1 引言
5.2 材料选择与试样制作
5.3 试验测试
5.3.1 试验装置
5.3.2 试验方案
5.4 温度对粘接接头疲劳性能的影响
5.5 湿热环境对粘接接头疲劳性能的影响
5.6 本章小结
第6章 基于胶粘剂化学特性的老化后粘接接头失效强度预测方法
6.1 引言
6.2 材料选择与接头制作
6.3 试验方案设计
6.3.1 人工加速湿热老化试验
6.3.2 胶粘剂FTIR测试
6.4 测试结果与分析
6.4.1 长期高温高湿环境对粘接接头性能影响
6.4.2 胶粘剂FTIR测试结果
6.5 基于单个官能团的老化后粘接接头失效强度预测
6.5.1 官能团吸光度与失效强度相关性评价
6.5.2 粘接接头失效强度预测函数的建立与验证
6.6 基于特征官能团权重组合的老化后粘接接头失效强度预测
6.7 湿热与交变载荷耦合老化后的粘接接头失效强度预测
6.8 本章小结
第7章 基于胶粘剂化学特性及内聚力模型的粘接接头失效预测方法
7.1 引言
7.2 单搭接接头湿热老化试验
7.2.1 试件制作和试验测试
7.2.2 试验结果分析
7.3 有限元数值模拟
7.3.1 双线性牵引力-位移法则
7.3.2 有限元模型建立与内聚参数修正
7.3.3 仿真结果分析
7.4 初始失效准则影响研究
7.4.1 老化前后不同应力状态下粘接接头准静态拉伸试验
7.4.2 老化前后初始失效准则建立
7.4.3 用户材料子程序编写及软件嵌入
7.4.4 仿真计算与结果分析
7.5 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
作者简介 及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测[J]. 牛一凡,李璋琪,朱晓峰. 复合材料学报. 2020(01)
[2]交变载荷对CFRP复合材料-铝合金粘接接头剩余强度的影响[J]. 慕文龙,那景新,秦国锋,谭伟,申浩. 复合材料学报. 2019(05)
[3]车身钢-铝粘接接头湿热老化性能[J]. 那景新,慕文龙,范以撒,谭伟,杨佳宙. 吉林大学学报(工学版). 2018(06)
[4]表面处理对碳纤维复合材料胶接性能影响研究[J]. 侯进森,冯奇,杨琨,孙亮,李智星. 上海汽车. 2017(10)
[5]环氧胶粘剂及其胶接界面热氧老化机理研究[J]. 张欢,许文,邹士文,张新兰. 材料导报. 2017(12)
[6]基于循环载荷的单搭胶接接头残余强度分析[J]. 王玉奇,何晓聪,曾凯,邢保英. 材料导报. 2016(24)
[7]轻量化多材料汽车车身连接技术进展[J]. 李永兵,马运五,楼铭,雷海洋,林忠钦. 机械工程学报. 2016(24)
[8]内聚力模型的形状对胶接结构断裂过程的影响[J]. 张军,贾宏. 力学学报. 2016(05)
[9]湿热环境对CFRP复合材料性能影响研究进展[J]. 巩天琛,邹田春,冯振宇. 材料导报. 2016(S1)
[10]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
博士论文
[1]生态视角下我国高等学历继续教育可持续发展研究[D]. 张艳超.华东师范大学 2019
[2]温湿老化对车用CFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响[D]. 秦国锋.吉林大学 2018
[3]温度湿度对车用聚氨酯粘接剂静态强度的影响研究[D]. 范以撒.吉林大学 2018
[4]高速动车组侧窗粘接结构强度校核方法研究[D]. 刘玉.吉林大学 2016
[5]胶接接头湿热环境耐久性试验与建模研究[D]. 韩啸.大连理工大学 2014
[6]多材料结构汽车车身轻量化设计方法研究[D]. 崔新涛.天津大学 2007
硕士论文
[1]不同相对湿度下胶瘤对CFRP-铝合金单搭接接头强度的影响研究[D]. 刘超.大连理工大学 2019
[2]湿热环境对CFRP层板性能影响及机理研究[D]. 巩天琛.中国民航大学 2017
[3]处理铝合金与碳纤维板材粘接工艺性能实验及数值模拟研究[D]. 徐亚男.吉林大学 2017
[4]胶粘疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 费文杰.湖南大学 2016
[5]钢-CFRP胶接接头疲劳损伤特性试验研究[D]. 赵京南.大连理工大学 2016
[6]温湿度对T700S/#2510和G30-500/TC275复合材料力学性能的影响[D]. 汪浩成.南昌大学 2014
[7]振动载荷下单搭接接头的疲劳特性研究[D]. 周申光.大连理工大学 2014
[8]环氧树脂胶黏剂粘接结构性能的实验和理论研究[D]. 张永祥.郑州大学 2014
[9]含孔隙CFRP层合板的湿热老化与力学性能退化[D]. 刘娟.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于内聚力模型的胶接结构疲劳特性研究[D]. 吴坤岳.大连理工大学 2013
本文编号：3196341
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：198 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 几何及工艺参数对复合材料粘接接头性能的影响
1.2.1 几何参数
1.2.2 工艺参数
1.3 温、湿环境以及交变载荷对复合材料粘接接头性能的影响
1.3.1 环境温度影响
1.3.1.1 胶粘剂与复合材料
1.3.1.2 粘接接头
1.3.2 温度老化
1.3.2.1 胶粘剂与复合材料
1.3.2.2 粘接接头
1.3.3 湿度影响
1.3.3.1 胶粘剂与复合材料
1.3.3.2 粘接接头
1.3.4 交变载荷影响
1.3.5 耦合影响
1.3.5.1 温度、湿度耦合
1.3.5.2 温度、湿度及交变载荷耦合影响
1.4 粘接结构分析方法
1.5 论文选题与研究内容
第2章 交变载荷对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
2.1 引言
2.2 材料选择与接头制作
2.2.1 试验材料
2.2.2 CFRP/铝合金粘接接头设计与制作
2.3 试验测试
2.3.1 不同表面粗糙度CFRP粘接接头测试
2.3.2 载荷老化试验
2.4 测试结果与分析
2.4.1 CFRP表面粗糙度对粘接接头性能影响
2.4.2 交变载荷对粘接接头性能的影响
2.5 本章小结
第3章 温度-交变载荷耦合老化对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
3.1 引言
3.2 材料选择与试样制作
3.3 试验测试
3.3.1 不同温度下接头准静态性能测试
3.3.2 粘接接头老化试验
3.3.3 胶粘剂与CFRP的FTIR测试
3.3.4 胶粘剂与CFRP的DSC测试
3.4 测试结果与分析
3.4.1 胶粘剂与CFRP的FTIR测试结果
3.4.2 胶粘剂与CFRP的DSC测试结果
3.4.3 服役温度对粘接接头性能的影响
3.4.4 温度老化对粘接接头性能的影响
3.4.5 温度与交变载荷耦合老化对粘接接头性能的影响
3.5 本章小结
第4章 湿热-交变载荷耦合老化对CFRP/铝合金粘接接头性能的影响
4.1 引言
4.2 材料选择与试样制作
4.3 试验测试
4.3.1 粘接接头老化试验
4.3.2 胶粘剂与CFRP的FTIR、DSC测试
4.4 测试结果与分析
4.4.1 胶粘剂与CFRP的FTIR测试结果
4.4.2 胶粘剂与CFRP的DSC测试结果
4.4.3 湿热老化对粘接接头性能的影响
4.4.4 湿热与交变载荷耦合老化对粘接接头性能的影响
4.5 本章小结
第5章 温度、湿度对CFRP/铝合金粘接接头疲劳性能的影响
5.1 引言
5.2 材料选择与试样制作
5.3 试验测试
5.3.1 试验装置
5.3.2 试验方案
5.4 温度对粘接接头疲劳性能的影响
5.5 湿热环境对粘接接头疲劳性能的影响
5.6 本章小结
第6章 基于胶粘剂化学特性的老化后粘接接头失效强度预测方法
6.1 引言
6.2 材料选择与接头制作
6.3 试验方案设计
6.3.1 人工加速湿热老化试验
6.3.2 胶粘剂FTIR测试
6.4 测试结果与分析
6.4.1 长期高温高湿环境对粘接接头性能影响
6.4.2 胶粘剂FTIR测试结果
6.5 基于单个官能团的老化后粘接接头失效强度预测
6.5.1 官能团吸光度与失效强度相关性评价
6.5.2 粘接接头失效强度预测函数的建立与验证
6.6 基于特征官能团权重组合的老化后粘接接头失效强度预测
6.7 湿热与交变载荷耦合老化后的粘接接头失效强度预测
6.8 本章小结
第7章 基于胶粘剂化学特性及内聚力模型的粘接接头失效预测方法
7.1 引言
7.2 单搭接接头湿热老化试验
7.2.1 试件制作和试验测试
7.2.2 试验结果分析
7.3 有限元数值模拟
7.3.1 双线性牵引力-位移法则
7.3.2 有限元模型建立与内聚参数修正
7.3.3 仿真结果分析
7.4 初始失效准则影响研究
7.4.1 老化前后不同应力状态下粘接接头准静态拉伸试验
7.4.2 老化前后初始失效准则建立
7.4.3 用户材料子程序编写及软件嵌入
7.4.4 仿真计算与结果分析
7.5 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
作者简介 及在学期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]全湿热场下碳纤维/环氧树脂复合材料弯曲性能及寿命预测[J]. 牛一凡,李璋琪,朱晓峰. 复合材料学报. 2020(01)
[2]交变载荷对CFRP复合材料-铝合金粘接接头剩余强度的影响[J]. 慕文龙,那景新,秦国锋,谭伟,申浩. 复合材料学报. 2019(05)
[3]车身钢-铝粘接接头湿热老化性能[J]. 那景新,慕文龙,范以撒,谭伟,杨佳宙. 吉林大学学报(工学版). 2018(06)
[4]表面处理对碳纤维复合材料胶接性能影响研究[J]. 侯进森,冯奇,杨琨,孙亮,李智星. 上海汽车. 2017(10)
[5]环氧胶粘剂及其胶接界面热氧老化机理研究[J]. 张欢,许文,邹士文,张新兰. 材料导报. 2017(12)
[6]基于循环载荷的单搭胶接接头残余强度分析[J]. 王玉奇,何晓聪,曾凯,邢保英. 材料导报. 2016(24)
[7]轻量化多材料汽车车身连接技术进展[J]. 李永兵,马运五,楼铭,雷海洋,林忠钦. 机械工程学报. 2016(24)
[8]内聚力模型的形状对胶接结构断裂过程的影响[J]. 张军,贾宏. 力学学报. 2016(05)
[9]湿热环境对CFRP复合材料性能影响研究进展[J]. 巩天琛,邹田春,冯振宇. 材料导报. 2016(S1)
[10]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
博士论文
[1]生态视角下我国高等学历继续教育可持续发展研究[D]. 张艳超.华东师范大学 2019
[2]温湿老化对车用CFRP/铝合金粘接接头静态失效的影响[D]. 秦国锋.吉林大学 2018
[3]温度湿度对车用聚氨酯粘接剂静态强度的影响研究[D]. 范以撒.吉林大学 2018
[4]高速动车组侧窗粘接结构强度校核方法研究[D]. 刘玉.吉林大学 2016
[5]胶接接头湿热环境耐久性试验与建模研究[D]. 韩啸.大连理工大学 2014
[6]多材料结构汽车车身轻量化设计方法研究[D]. 崔新涛.天津大学 2007
硕士论文
[1]不同相对湿度下胶瘤对CFRP-铝合金单搭接接头强度的影响研究[D]. 刘超.大连理工大学 2019
[2]湿热环境对CFRP层板性能影响及机理研究[D]. 巩天琛.中国民航大学 2017
[3]处理铝合金与碳纤维板材粘接工艺性能实验及数值模拟研究[D]. 徐亚男.吉林大学 2017
[4]胶粘疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 费文杰.湖南大学 2016
[5]钢-CFRP胶接接头疲劳损伤特性试验研究[D]. 赵京南.大连理工大学 2016
[6]温湿度对T700S/#2510和G30-500/TC275复合材料力学性能的影响[D]. 汪浩成.南昌大学 2014
[7]振动载荷下单搭接接头的疲劳特性研究[D]. 周申光.大连理工大学 2014
[8]环氧树脂胶黏剂粘接结构性能的实验和理论研究[D]. 张永祥.郑州大学 2014
[9]含孔隙CFRP层合板的湿热老化与力学性能退化[D]. 刘娟.哈尔滨工业大学 2014
[10]基于内聚力模型的胶接结构疲劳特性研究[D]. 吴坤岳.大连理工大学 2013
本文编号：3196341
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