Al-Li合金航空板材胶接工艺及接头强度分析

【类型】学位论文

【作者】刘昌发 

【关键词】 Li合金,金属胶接 有限元分析 单搭接 Al

【摘要】胶接技术在国民经济各个领域发挥了巨大的作用和取得了显著的经济效益。为保证足够强度和减轻结构重量,飞机常做成薄壁结构,且以铝合金为主要材料。在长年的使用过程中,飞机结构承载着复杂多变的载荷和环境影响,容易产生裂纹和腐蚀,影响结构强度和飞行安全,与传统的焊接、铆接、螺接修理方法相比,飞机金属结构的胶接技术具有降低结构的应力集中水平,提高使用寿命,简化工艺等优点,成为当今国内外正在深入研究的一项经济而有效的飞机结构延寿方法。影响胶接质量的因素较多,如材料、工艺、环境以及操作者主观条件等,且强度离散性大,质量控制要求严格,在外载荷作用下,同时受到宏观缺陷和内应力、界面特性、使用环境等的影响,胶接构件容易产生裂纹甚至失效。论文以航空用铝锂合金AL-LI-S-4为研究对象,对于使用广泛的单搭接胶接结构,进行了实验研究和有限元分析,系统地研究了材料表面处理和胶接件制备工艺,开展了胶接强度影响因素研究的工作。论文研究工作主要包括以下几个方面：(1)参照相关标准和结合实际需要,确定了铝锂合金胶接试件的几何尺寸,制定了不同的材料表面处理和胶接件制备方案,通过胶接强度的实验结果分析,得出了最佳的试样制备工艺流程,并确定了相关工艺参数,包括：机械打磨、粘接用胶、氧化工艺参数以及固化工艺参数。(2)研究了不同的搭接长度、胶层厚度以及间隙连接对铝锂合金胶接件力学性能的影响,比较试验结果,同时考虑到结构减重,节省材料等的因素,确定了合适的胶层参数。(3)建立了胶接接头有限元模型,确定了胶接分层失效的建模方式、合理的参数求解方法和收敛判据,得出了胶接接头模型单元类型选取、网格划分的一般原则,为研究金属胶接结构的有限元分析提供了理论依据。(4)比较有限元分析结果和拉剪实验结果,从结果文件查看胶层脱胶时的分层指数,通过度量胶层撕裂长度计算得出胶接失效时的应力值,验证模型建立的正确性。(5)研究了有限元模型在相同载荷下,不同胶层尺寸和胶接方式对内应力分布的影响,得到了搭接长度、胶层厚度以及间隙连接对胶层内应力的影响规律。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】中南大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄明辉

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