碳纤维复合材料汽车零部件连接关键技术

本书在研究团队多年研究成果的基础上编撰而成，并吸收了国内外文献和网络材料中的一些前沿新技术。本书第1章对CFRP的性能特点、制造工艺、机械加工性能、回收与再利用技术进行全面系统地阐述。第2章对国内外汽车常用连接工艺的新进展进行了介绍。第3章选取汽车零部件服役中两种典型工况——剪切拉伸与正向拉伸，通过试验分析CFRP搭接胶接接头在这两种典型工况下的承载行为与失效机理，并对胶接接头强度提升方法、粘接剂的选型、连接夹具的设计进行了系统阐述。第4章主要对CFRP／CFRP、CFRP／钢的铆接接头设计、铆接强度、失效机理、铆接强度的提升方法、胶铆复合连接、CFRP／钢连接设计材料匹配方法进行了分析。第5章首先对CFRP连接设计中常见的单螺栓连接、多螺栓连接的载荷分配、胶接与螺栓连接的复合连接的特点及其发展动态进行了综述，然后以CFRP层合板与DP980高强度钢板的螺栓连接为例，对其接头设计、失效模式、接头强度进行了详细分析，并结合案例深入讨论了CFRP／CFRP、CFRP／DP980多螺栓连接中的载荷分配规律。第6章对汽车制造过程中的烘烤、湿热、腐蚀环境以及使用过程中的交变载荷工况，对CFRP层合板及其胶接、铆接接头在上述工况下强度的演变规律及失效行为进行试验研究，并提出了湿热环境下CFRP胶铆接头的剩余强度与老化寿命预测方法。第7章根据文献和网络资料选取了国内外几款量产的钢质车身、全铝车身、钢－铝混合车身、CFRP车身，对其采用的连接技术进行了剖析，以期为CFRP汽车零部件的连接设计提供参考。

前言

第1章碳纤维复合材料概述

1.1碳纤维复合材料的性能特点

1.2碳纤维丝的制造工艺

1.2.1原丝制备工艺

1.2.2预氧化工艺

1.2.3碳化、石墨化工艺

1.2.4表面处理工艺

1.3碳纤维复合材料的成型工艺

1.3.1模压成型

1.3.2热压罐成型

1.3.3RTM成型和HP-RTM成型

1.3.4VARI成型

1.3.5真空辅助／热压罐组合成型

1.3.6拉挤成型

1.3.7气囊辅助成型

1.3.8缠绕成型

1.4车用碳纤维复合材料的开发

1.4.1国外概况

1.4.2国内概况

1.4.3近期新进展

1.5CFRP层合板的加工性能

1.5.1机械加工

1.5.2高压磨料水射流加工

1.5.3激光加工

1.6回收与再利用技术

1.6.1回收技术

1.6.2再利用技术

参考文献

第2章汽车零部件常用连接工艺新进展

2.1焊接

2.1.1铝合金点焊

2.1.2TIG焊

2.1.3MIG焊

2.1.4CO2气体保护焊

2.1.5激光焊接

2.1.6搅拌摩擦焊

2.1.7冷金属过渡焊(CMT)

2.1.8超声波焊接

2.2螺纹连接

2.2.1流钻螺钉连接

2.2.2高速射钉连接

2.3铆接

2.3.1哈克铆钉连接

2.3.2无铆钉连接

2.3.3自冲铆接(SPR)

2.4胶接

2.4.1工艺特点

2.4.2汽车用粘接剂

2.4.3粘接工艺

2.4.4表面处理技术

2.5其他新连接工艺

2.5.1塞铆焊

2.5.2摩擦塞铆焊

2.5.3胶接与自冲铆接的复合连接

2.5.4胶接与无铆钉连接的复合连接

2.5.5无铆钉连接与点焊的复合连接

2.5.6激光-MIG复合焊接

2.5.7激光电弧焊辅助铆接(LWAR)

2.5.8电阻铆钉焊接(RRW)

2.5.9摩擦铆接

2.5.10摩擦自冲铆接(F-SPR)

2.5.11摩擦搅拌盲铆接

参考文献

第3章CFRP／CFRP胶接强度及其失效机理

3.1CFRP层合板基本力学性能

3.1.1试验材料

3.1.2基本力学性能

3.2CFRP／CFRP胶接接头的剪切拉伸行为

3.2.1剪切拉伸试样

3.2.2剪切拉伸试验

3.3CFRP／CFRP胶接接头的正向拉伸行为

3.3.1正向拉伸试样

3.3.2正向拉伸试验

3.4CFRP／CFRP胶接强度

3.4.1试验数据处理方法

3.4.2CFRP／CFRP胶接强度

3.5CFRP／CFRP胶接失效模式

3.5.1常见失效模式

3.5.2剪切拉伸失效

3.5.3正向拉伸失效

3.6CFRP／CFRP胶接强度提升方法

3.6.1增加胶瘤

3.6.2表面处理

3.6.3粘接剂的选择

参考文献

第4章CFRP铆接及胶铆复合连接强度与失效机理

4.1CFRP单搭接铆接接头的设计

4.2CFRP／CFRP铆接强度

4.3CFRP／CFRP铆接的失效机理

4.3.1失效模式

4.3.2剪切失效

4.3.3正向拉伸失效

4.4CFRP／CFRP铆接强度提升方法

4.4.1铆钉类型的选择

4.4.2增加垫圈

4.4.3孔周涂胶

4.5CFRP／CFRP胶铆复合连接强度及失效机理

4.5.1胶铆复合连接试验

4.5.2剪切拉伸强度与失效机理

4.5.3正向拉伸强度与失效机理

4.6CFRP／钢的胶铆连接强度与失效机理

4.6.1胶接强度

4.6.2铆接强度／1T

4.6.3胶铆复合连接强度

4.6.4失效机理

4.7CFRP／钢胶铆连接材料选择方法

4.7.1选择依据

4.7.2材料选择建议

参考文献

第5章CFRP螺栓连接承载行为及载荷分配

5.1CFRP螺栓连接难点

5.1.1单螺栓连接

5.1.2多螺栓连接

5.1.3胶螺复合连接

5.2CFRP／DP980单螺栓连接

5.2.1接头设计

5.2.2失效模式

5.2.3端距对接头性能的影响

5.2.4宽度对接头性能的影响

5.2.5对称接头的强度

5.3CFRP／CFRP多螺栓连接

5.4CFRP／DP980多螺栓连接

参考文献

第6章复杂环境下CFRP胶铆接头的力学性能及老化寿命预测

6.1交变载荷下CFRP胶铆接头的疲劳寿命

6.1.1复合材料疲劳寿命的影响因素

6.1.2复合材料疲劳寿命预测方法

6.2CFRP胶铆接头的拉一拉疲劳寿命

6.2.1CFRP胶铆接头疲劳试验

6.2.2CFRP胶铆接头疲劳寿命

6.2.3CFRP胶铆接头疲劳失效机理

6.3烘烤对CFRP胶铆接头强度的影响

6.3.1烘烤试验

6.3.2烘烤后CFRP层合板的剩余强度

6.3.3烘烤对CFRP铆接接头性能的影响

6.3.4烘烤对CFRP胶接接头性能的影响

6.4CFRP胶铆接头在湿热环境下的性能退化

6.4.1加速吸湿试验

6.4.2CFRP层合板与胶接接头的吸湿率

6.4.3湿热环境下CFRP层合板的性能退化与失效机理

6.4.4湿热环境下CFRP胶接接头的性能退化

6.5湿热环境下CFRP铆接接头的性能退化

……