热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法技术

本发明专利技术提供了一种热胀冷缩循环次数对钢‑铝粘接接头静态力学影响的评估方法，该方法为将钢‑铝粘接接头和铝‑铝粘接接头进行不同热胀冷缩循环次数的老化试验，然后经破坏试验得到失效强度，分别建立钢‑铝粘接接头和铝‑铝粘接接头的失效强度衰减函数，计算同一热胀冷缩循环次数下的失效强度差额，将各失效强度差额取平均值，评估热胀冷缩循环次数对钢‑铝粘接接头静态力学的影响。本发明专利技术为异种基材粘接结构在大跨度温度区间可靠性服役提供方法与理论上的支撑，为车辆粘接结构在经历热胀冷缩循环后强度预测提供理论支撑，根据不同热胀冷缩循环次数粘接接头的失效断面形貌，评估内应力作用对失效断面形貌的影响。

Assessment method of the effect of thermal expansion and contraction cycles on static mechanical properties of steel-aluminium bonded joints

【技术实现步骤摘要】
热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法
本专利技术属于车辆粘接结构在大跨度温度区间接头静态强度
，具体涉及一种热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法。
技术介绍
我国轨道交通产业发展带来的能源消耗问题受到人们的日益广泛的关注，降低重量实现轻量化是有效解决途径之一。其中，采用新材料新工艺实现车辆的轻量化是许多研究者关注的方法。粘接结构具有承载面积大、应力分布均匀的特点，还能够在不破坏材料的前提下实现复杂结构不同形状、不同材质的连接达到轻量化设计目的。但是，异种基材之间的连接在宽温域环境下的可靠性服役是保证车辆安全运行的关键因素。当前，国内外关于温度对粘接结构静强度的影响进行了许多研究，绝大多数关注单温度点或者某几个温度点对粘接强度影响，也有一些研究者进行了一定温度区作用对粘接强度影响的研究，此外这些研究大多数考虑温度对相同基材粘接接头强度性能影响。但是，粘接结构的服役温度区间可能比较宽，我国幅员辽阔从南到北从东到西跨度非常大，车辆粘接接头服役过程中可能会经历-40℃～80℃温度场左右，由于高铁速度比较快车体粘接短时间可能经历大幅度温度场变化，造成温度对粘接结构冲击。尤其是异种基材粘接结构不同材料热膨胀系数差异，可能造成粘接接头内应力产生。因此研究温度冲击对异种基材粘接结构强度影响，保证车辆粘接结构接头安全可靠服役具有重要意义。因此，研究大跨度温度区间内，冷热变化引起的温度冲击对粘接结构静强度影响，寻找一种评估热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学性能影响的方法，对于保证车辆粘接结构在大跨度温度场环境下的安全服役具有重要的工程指导意义和参考价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法，该评估方法为异种基材粘接结构在大跨度温度区间可靠性服役提供方法与理论上的支撑，为车辆粘接结构在经历热胀冷缩循环后强度预测提供理论支撑，为相同服役条件下其他异种基材粘接结构的静强度研究提供方法指导，为钢-复合材料粘接接头、铝-复合材料粘接接头以及其他异种基材粘接接头研究提供参考，根据不同热胀冷缩循环次数的粘接接头的失效断面形貌，评估内应力作用对失效断面形貌的影响。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法，该方法为：S1、基于DIN-6701车辆粘接结构标准，选择若干个钢-铝粘接接头和若干个铝-铝粘接接头在湿度为30％的条件下，分别进行不同热胀冷缩循环次数的老化试验，热胀冷缩循环次数记为Ci，每次热胀冷缩循环均经历全温度场均为-40℃～80℃的温度变化，得到若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头；S2、对S1中得到的若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头分别进行破坏性试验，得到若干个失效强度，记为Si；S3、分别以S2中得到的钢-铝粘接接头和铝-铝粘接接头的失效强度Si为纵坐标，热胀冷缩循环次数Ci为横坐标，使用最小二乘法进行数据拟合，分别建立钢-铝粘接接头失效强度衰减函数Sa＝Φ1(Ca)，铝-铝粘接接头失效强度衰减函数Sb＝Φ2(Cb)；S4、在坐标系内分别提取S3中得到的钢-铝粘接接头失效强度衰减函数Sa和铝-铝粘接接头失效强度衰减函数Sb中热胀冷缩循环次数对应的失效强度，计算同一热胀冷缩循环次数的钢-铝粘接接头和铝-铝粘接接头的若干个失效强度差额，记为△Si；S5、利用数理统计方法计算S4中得到的若干个△Si的平均值，记为△S，即n为不同热胀冷缩循环次数的个数；根据△S评估热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学的影响。优选地，所述钢-铝粘接接头为钢粘接基材和铝粘接基材通过车用粘接剂相嵌接；所述铝-铝粘接接头为铝粘接基材通过车用粘接剂相嵌接。优选地，所述热胀冷缩循环的温度条件为：首先在温度为80℃的条件下恒温处理4h，然后以1℃/min的速率降温至-40℃，在温度为-40℃的条件下恒温处理4h，然后以1℃/min的速率升温至80℃。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术为异种基材粘接结构在大跨度温度区间可靠性服役提供方法与理论上的支撑，为车辆粘接结构在经历热胀冷缩循环后强度预测提供理论支撑，为相同服役条件下其他异种基材粘接结构的静强度研究提供方法指导，为钢-复合材料粘接接头、铝-复合材料粘接接头以及其他异种基材粘接接头研究提供参考，根据不同热胀冷缩循环次数的粘接接头的失效断面形貌，评估内应力作用对失效断面形貌的影响。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术的铝-铝和钢-铝粘接接头失效强度衰减函数曲线。具体实施方式实施例1一种热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法，该方法为：S1、基于DIN-6701车辆粘接结构标准，选择若干个钢-铝粘接接头和若干个铝-铝粘接接头在湿度为30％的条件下，分别进行不同热胀冷缩循环次数的老化试验，热胀冷缩循环次数记为Ci，每次热胀冷缩循环均经历全温度场均为-40℃～80℃的温度变化，得到若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头；所述钢-铝粘接接头为碳钢材料和型号为6005A的铝合金通过高铁动车组车窗和城轨车窗常用的型号为SIKA-265的车用粘接剂相嵌接；所述铝-铝粘接接头为型号为6005A的铝合金通过高铁动车组车窗和城轨车窗常用的型号为SIKA-265的车用粘接剂相嵌接；所述热胀冷缩循环的温度条件为：首先在温度为80℃的条件下恒温处理4h，然后以1℃/min的速率降温至-40℃，在温度为-40℃的条件下恒温处理4h，然后以1℃/min的速率升温至80℃；所述Ci分别为10次、20次、30次、40次和50次；S2、对S1中得到的若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头分别进行破坏性试验，得到若干个失效强度，记为Si；Si分别为3.78MPa、3.66MPa、3.61MPa、3.55MPa和3.47MPa；S3、分别以S2中得到的钢-铝粘接接头和铝-铝粘接接头的失效强度Si为纵坐标，热胀冷缩循环次数Ci为横坐标，使用最小二乘法进行数据拟合，分别建立钢-铝粘接接头失效强度衰减函数Sa＝Φ1(Ca)，铝-铝粘接接头失效强度衰减函数Sb＝Φ2(Cb)；两个曲线如图1所示，曲线a表示钢-铝粘接接头失效强度衰减函数，曲线表示铝-铝粘接接头失效强度衰减函数；Sa＝3.833-0.0073Ca；Sb＝3.833-0.0073Cb；S4、在坐标系内分别提取S3中得到的钢-铝粘接接头失效强度衰减函数Sa和铝-铝粘接接头失效强度衰减函数Sb中热胀冷缩循环次数Ci对应的失效强度Si，计算同一热胀冷缩循环次数的钢-铝粘接接头和铝-铝粘接接头的若干个失效强度差额，记为△Si；表3钢-铝粘接接头失效强度衰减函数确定钢-铝粘接接头失效强度表4铝-铝粘接接头失效强度衰减函数确定铝-铝粘接接头失效强度S5、利用数理统计方法计算S4中得到的若干个△Si的平均值，记为△S，即n为不同热胀冷缩循环次数共50个；根据△S评估热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学的影响，经过50次热胀冷缩循环，本实施例的钢-铝粘接接头(异本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热胀冷缩循环次数对钢‑铝粘接接头静态力学影响的评估方法，其特征在于，该方法为：S1、基于DIN‑6701车辆粘接结构标准，选择若干个钢‑铝粘接接头和若干个铝‑铝粘接接头在湿度为30％的条件下，分别进行不同热胀冷缩循环次数的老化试验，热胀冷缩循环次数记为Ci，每次热胀冷缩循环均经历全温度场均为‑40℃～80℃的温度变化，得到若干个老化后的钢‑铝粘接接头和若干个老化后的铝‑铝粘接接头；S2、对S1中得到的若干个老化后的钢‑铝粘接接头和若干个老化后的铝‑铝粘接接头分别进行破坏性试验，得到若干个失效强度，记为Si；S3、分别以S2中得到的钢‑铝粘接接头和铝‑铝粘接接头的失效强度Si为纵坐标，热胀冷缩循环次数Ci为横坐标，使用最小二乘法进行数据拟合，分别建立钢‑铝粘接接头失效强度衰减函数Sa＝Φ1(Ca)，铝‑铝粘接接头失效强度衰减函数Sb＝Φ2(Cb)；S4、在坐标系内分别提取S3中得到的钢‑铝粘接接头失效强度衰减函数Sa和铝‑铝粘接接头失效强度衰减函数Sb中热胀冷缩循环次数对应的失效强度，计算同一热胀冷缩循环次数的钢‑铝粘接接头和铝‑铝粘接接头的若干个失效强度差额，记为△Si；S5、利用数理统计方法计算S4中得到的若干个△Si的平均值，记为△S，即...

【技术特征摘要】
1.一种热胀冷缩循环次数对钢-铝粘接接头静态力学影响的评估方法，其特征在于，该方法为：S1、基于DIN-6701车辆粘接结构标准，选择若干个钢-铝粘接接头和若干个铝-铝粘接接头在湿度为30％的条件下，分别进行不同热胀冷缩循环次数的老化试验，热胀冷缩循环次数记为Ci，每次热胀冷缩循环均经历全温度场均为-40℃～80℃的温度变化，得到若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头；S2、对S1中得到的若干个老化后的钢-铝粘接接头和若干个老化后的铝-铝粘接接头分别进行破坏性试验，得到若干个失效强度，记为Si；S3、分别以S2中得到的钢-铝粘接接头和铝-铝粘接接头的失效强度Si为纵坐标，热胀冷缩循环次数Ci为横坐标，使用最小二乘法进行数据拟合，分别建立钢-铝粘接接头失效强度衰减函数Sa＝Φ1(Ca)，铝-铝粘接接头失效强度衰减函数Sb＝Φ2(Cb)；S4、在坐标系内分别提取S3中得到的钢-铝粘接接头失效强度衰减函...

【专利技术属性】
技术研发人员：范以撒，刘继高，高玉国，谭群燕，孙永生，席高磊，郭朋彦，彭晗，尚会超，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南,41