胶接结构加速试验及寿命可靠性评估技术

摘要

胶接结构由于质量轻、疲劳性能好等优点在航空航天领域得到广泛应用。胶接结构在使用存储过程中，受热、潮湿、氧、腐蚀介质等环境因素的作用发生老化，导致其强度逐渐下降，不能满足使用要求，甚至完全破坏。研究胶接结构的破坏机理及其寿命进行评估，对保证胶接结构的使用和存储具有重要意义。
　　本文以航空航天领域应用非常广泛的胶接结构作为研究对象进行了研究，胶接结构采用板-板胶接，板材选用应用较为普遍的2A12铝合金，胶粘剂选用由北京航空材料研究院生产的中温固化型胶粘剂SY-24C，与其配套使用的是SY-D9抑制性腐蚀底胶。
　　对于高可靠性的产品，如果采用自然环境条件来研究，通常需要多年的时间，在工程上难以实现。本文采用了应用较为广泛的恒定应力加速试验方法对胶接结构进行加速老化，它可以加快产品内部物理变化及其影响的发生速率。选取对胶接结构较为敏感的温度和湿度作为加速老化因子，选取85℃、湿度95％，85℃、湿度85%，75℃、湿度95%，75℃、湿度85%四种老化条件，分别测定四种条件下的拉伸剪切强度随老化时间的关系，结果表明随着老化时间的增加，拉伸剪切强度在开始阶段急剧下降，后期趋于平缓，遵循指数函数的变化规律。
　　通过四个条件下的拉伸剪切强度与老化时间的关系曲线对比，可见，在老化试验初期，温度对拉伸剪切强度起主要作用，随着老化时间的增加，湿度慢慢取代温度成为影响强度的主要因素。
　　对老化试验后的拉伸剪切试样断口利用扫描电镜（SEM）进行图像观察，结果表明，胶接结构的破坏模式随着老化时间的增加，由内聚破坏向内聚破坏+界面破坏的模式转变，且随着时间的增加，界面破坏的面积也逐渐增大，这与温度表现为热分解，湿度沿着亲水性的被粘物表面很快地渗透到整个胶接界面后，取代了胶粘剂分子原先在铝合金表面上的物理吸附的胶接结构破坏机理相符。对断口进行高倍图像观察发现，断面呈现撕裂棱特征，判断胶接结构的断裂性质为韧性断裂。
　　本文还利用广义艾伦模型推导出温度—湿度寿命模型，得出了胶接结构拉伸剪切强度下降8%、10%作为终止指标的寿命评估函数，并反推计算出这两种终止指标下20℃、湿度20%，0℃、湿度为0和-18℃、湿度为0三种条件下的贮存寿命分别为1.1年、9.5年、17.8年和2.3年、18.6年、35.5年。

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第1章 绪论

1.1选题依据、目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容

第2章 胶接结构及其相关理论基础

2.1胶粘剂的组成

2.2胶粘剂的分类

2.3胶粘剂的物理状态

2.4国内外部分最常用的结构胶粘剂性能对比分析

2.5胶接结构的优点和类型

2.6国内外胶接结构的应用概况

第3章 试验材料与方法

3.1试验材料

3.2试验设备

3.4试验方案设计

3.5力学性能试验

3.6扫描电镜分析

3.7本章小结

第4章 温湿度对胶接结构强度的影响研究

4.1引言

4.2试验结果

4.3温湿度影响强度程度的对比分析

4.4断口的图像观察

4.5本章小结

第5章 贮存寿命可靠性评估

5.1寿命和应力之间的关系

5.2加速模型

5.3信息处理及贮存寿命计算

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

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