高鐵車用聚氨酯粘接劑的力學(xué)特性及失效分析

本書的研究焦點集中在高速列車混合材料車體結(jié)構(gòu)件的粘接技術(shù)上，該連接方式在列車結(jié)構(gòu)中具有極其重要的地位。本書通過服役環(huán)境實驗力學(xué)、先進(jìn)材料表征技術(shù)和有限元建模仿真技術(shù)，研究環(huán)境溫度、濕度和載荷等因素對車體粘接結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制，探究多場耦合作用下粘接結(jié)構(gòu)的損傷演化規(guī)律，分析濕熱與載荷耦合下的粘接失效演化機(jī)理和老化壽命預(yù)測方法，合理預(yù)測粘接結(jié)構(gòu)的實際服役壽命。本書能夠為我國高速列車粘接結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計、強(qiáng)度校核和壽命預(yù)測提供重要的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。
本書適合高鐵車設(shè)計、制造等技術(shù)人員，大專院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

高速列車作為現(xiàn)代鐵路交通的重要組成部分，其車體結(jié)構(gòu)件的連接技術(shù)對于確保列車的安全、可靠運行至關(guān)重要。粘接技術(shù)作為一種非常關(guān)鍵的連接方式，在高速列車混合材料車體結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，隨著高速列車服役里程和速度的不斷增加，粘接結(jié)構(gòu)的老化和疲勞斷裂問題日益凸顯，這對列車運營和維護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。
本書旨在深入研究高速列車粘接結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性及失效情況，對粘接結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的行為進(jìn)行全面而深入的探討，為提升高鐵運營的可持續(xù)性和安全性提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。
本書對高速列車混合材料車體結(jié)構(gòu)的粘接技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，旨在推動中國高鐵的可持續(xù)發(fā)展，為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者、工程師以及決策者提供了參考。希望本書的研究成果能夠在高速列車領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)而積極的影響，為未來高鐵交通的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
在此，首先要感謝我的博士生導(dǎo)師——吉林大學(xué)的那景新教授，是他引導(dǎo)我進(jìn)入了粘接結(jié)構(gòu)耐久性及服役壽命預(yù)測的領(lǐng)域，他研究學(xué)術(shù)問題的思想、方式和作風(fēng)深深影響了我。我也感謝浙大城市學(xué)院云棲先進(jìn)材料增材制造創(chuàng)新研究中心的各位老師，我從他們的研究中汲取了思考問題的方法，從他們的研究中得到了啟示，發(fā)展了一套在理論上完備和自洽的老化與疲勞耦合失效理論。最后，我由衷感謝浙大城市學(xué)院對于本書的順利出版所提供的資助，同時我對所有參與和支持本書編寫工作的人員表示衷心的感謝。
由于時間和水平有限，書中不妥之處在所難免，歡迎廣大讀者提出寶貴意見和建議。

著者

第1章緒論001
1.1背景與意義001
1.2服役溫度對粘接接頭性能的影響003
1.2.1服役溫度對靜態(tài)性能的影響003
1.2.2服役溫度對疲勞性能的影響004
1.3濕熱老化對粘接接頭力學(xué)性能的影響005
1.3.1溫度老化對力學(xué)性能的影響005
1.3.2濕度老化對力學(xué)性能的影響006
1.3.3濕熱耦合老化對力學(xué)性能的影響007
1.3.4粘接劑老化后的化學(xué)特性分析008
1.3.5粘接接頭失效機(jī)理分析009
1.4濕熱老化與載荷耦合的失效預(yù)測方法010
1.4.1濕熱與靜態(tài)載荷對力學(xué)性能的影響010
1.4.2濕熱與交變載荷對力學(xué)性能的影響011
1.4.3濕熱對疲勞性能的影響011
1.4.4粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測方法012
1.5研究目的與內(nèi)容013

第2章濕熱耦合對粘接接頭力學(xué)性能的影響017
2.1引言017
2.2材料的選擇與接頭制作017
2.2.1試驗材料017
2.2.2粘接接頭設(shè)計和加工019
2.2.3接頭應(yīng)力分布020
2.2.4改進(jìn)型Arcan夾具設(shè)計020
2.3試驗裝置與測試方法021
2.3.1濕熱耦合老化試驗測試021
2.3.2FTIR分析測試022
2.4結(jié)果與分析討論022
2.4.1傅里葉變換紅外光譜分析022
2.4.2載荷位移曲線023
2.4.3力學(xué)性能變化分析024
2.4.4失效斷面及失效機(jī)理分析027
2.4.5失效準(zhǔn)則的建立031
2.5本章小結(jié)034

第3章服役溫度對濕熱老化后接頭力學(xué)性能的影響035
3.1引言035
3.2材料的選擇與接頭制作036
3.2.1啞鈴試件的制作036
3.2.2粘接接頭制作036
3.3試驗裝置與測試方法036
3.3.1啞鈴試件的準(zhǔn)靜態(tài)測試036
3.3.2服役溫度下的力學(xué)性能測試037
3.4試驗結(jié)果與分析038
3.4.1啞鈴試件測試分析038
3.4.2失效載荷分析039
3.4.3失效強(qiáng)度衰減預(yù)測041
3.4.4失效斷面及失效機(jī)理分析043
3.5失效準(zhǔn)則的建立048
3.6本章小結(jié)051

第4章服役溫度對粘接接頭疲勞性能的影響053
4.1引言053
4.2粘接接頭設(shè)計與制作054
4.3試驗裝置與測試方法054
4.3.1準(zhǔn)靜態(tài)測試054
4.3.2疲勞試驗設(shè)備054
4.3.3疲勞性能測試055
4.4試驗結(jié)果與分析055
4.4.1準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能分析055
4.4.2疲勞性能測試分析057
4.4.3疲勞性能預(yù)測061
4.4.4靜態(tài)失效斷面及失效機(jī)理分析063
4.4.5疲勞失效斷面及失效機(jī)理分析066
4.5本章小結(jié)071

第5章濕熱與靜態(tài)載荷耦合對接頭力學(xué)性能的影響072
5.1引言072
5.2試驗裝置與測試方法072
5.2.1濕熱與靜態(tài)載荷耦合測試072
5.2.2力學(xué)性能測試方案073
5.2.3蠕變測試074
5.2.4蠕變性能分析074
5.3蠕變測試結(jié)果與分析075
5.3.1蠕變量分析075
5.3.2蠕變模型本構(gòu)理論078
5.3.3蠕變數(shù)據(jù)處理079
5.4失效載荷分析081
5.4.1對接接頭分析082
5.4.2搭接接頭分析084
5.5失效斷面及失效機(jī)理分析085
5.5.1對接接頭分析085
5.5.2搭接接頭分析088
5.6本章小結(jié)091

第6章濕熱與交變載荷耦合對接頭力學(xué)性能的影響092
6.1引言092
6.2試驗裝置與測試方法093
6.2.1濕熱與交變載荷耦合試驗測試093
6.2.2載荷加載頻率的選取094
6.3疲勞頻率的影響094
6.4失效載荷分析095
6.4.1對接接頭分析095
6.4.2搭接接頭分析096
6.5失效強(qiáng)度衰減預(yù)測模型098
6.5.1對接接頭分析098
6.5.2搭接接頭分析099
6.6失效斷面及失效機(jī)理分析101
6.6.1對接接頭分析101
6.6.2搭接接頭分析103
6.7環(huán)境因素相關(guān)性分析105
6.8本章小結(jié)107

第7章高速列車粘接結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測方法108
7.1引言108
7.2建立濕熱與載荷耦合循環(huán)譜109
7.3建立人工加速老化試驗方案110
7.3.1仿真模型建模及有限元分析110
7.3.2人工加速老化試驗譜的制定111
7.4粘接接頭制備及測試方法112
7.4.1粘接接頭制作112
7.4.2加速老化試驗裝置及測試113
7.5試驗結(jié)果與分析114
7.5.1破壞強(qiáng)度曲線及衰減規(guī)律114
7.5.2失效形式與失效機(jī)理研究115
7.6粘接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測方法研究116
7.6.1人工加速老化強(qiáng)度分析116
7.6.2實車自然老化強(qiáng)度分析116
7.6.3人工加速老化與實車自然老化對比分析117
7.7本章小結(jié)118

第8章總結(jié)與展望120
8.1結(jié)論120
8.2主要創(chuàng)新點122
8.3研究不足和工作展望123

參考文獻(xiàn)124