Page 202 - 《应用声学》2023年第2期

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USPR 接头，由于超声焊接和 SPR 共同作用，接头 两组接头的峰值载荷、失效位移和能量吸收
内锁为固相和紧固复合连接，因此需要更多时间和 均值如图 5 所示。由图 5(a) 可知，加入超声焊接后，
更大载荷对接头进行拉伸，从而显著延长接头塑性 USPR接头的峰值载荷均值为6878 N，相较SPR 接
变形阶段和增大峰值载荷，即延长了变形位移和提 头的5822 N，提升了18.1%，说明超声焊接可有效提
升了接头静强度，这也将利于接头能量吸收能力的 高SPR 接头静载强度。由图 5(b) 可知，加入超声焊
提高，从而使接头具备更优缓冲吸震能力。从最终 接后，USPR 的失效位移均值为 5.2 mm，相较 SPR
失效阶段看，SPR 接头载荷 -位移曲线呈离散性波 接头的3.7 mm，提升了40.5%。由图5(c)可知，加入
动陡降，而加入超声焊接的 USPR 接头呈现聚集性 超声焊接后，USPR 接头的能量吸收均值为 18.1 J，
快速直线下降，说明超声焊接有助于提升 SPR接头 相较 SPR 接头的 15.4 J，提升了 17.5%。由此可知，
的稳定性。 超声焊接可有效提高SPR接头的缓冲吸震性能。

8000 6
6878 5.2 18.1
7000 5822 5 20 15.4
࢏ϙᣒᕳکϙ/N 5000 ܿ஍ͯረکϙ/mm 4 3 3.7 ᑟ᧚ծஆکϙ/J 15
6000
4000
10
3000
2000 2 5
1
1000
0 0 0
SPR USPR SPR USPR SPR USPR
(a) ڂᆴᄛހनᆴ (b) ാ໊ི၍नᆴ (c) ିਈ་൬नᆴ
图 5 峰值载荷、失效位移和能量吸收均值
Fig. 5 Average of peak load, failure displacement and energy absorption

2.3 对接头静载失效形式的影响 析，如图 6 所示，图 6(a) 是接头上板下表面，图 6(b)

接头静载失效形式，如表 2 所示。接头的主要 是接头下板上表面。由图可知，USPR 接头和 SPR
失效形式均为拉脱失效，同时出现了纽扣脱落等复 接头的 B 区域发生一定程度的翘曲变形，这是因为
合失效形式。拉脱失效的主要原因是，随着拉伸-剪 在进行拉伸-剪切试验时，下板以左半部分铆钉脚为
切实验的进行，接头载荷不断增大，接头上板部分的 旋转点带动接头部分向上板一侧转动，带动上板搭
翘曲程度越来越大，直至拉伸-剪切载荷超过了板材 接区域向外发生翘曲。对比USPR接头和SPR接头
与铆钉间的摩擦力，铆钉被从下板中完全拉出。其 的 A 区域发现，USPR 接头下板 A 区域塑性变形要
根本原因在于，接头的机械内锁结构遭到破坏。另 严重于 SPR 接头，如图 6(a) 和图 6(b)所示。这是由
外，接头在失效过程中，铆钉与下板变形区域发生 于超声焊接的加入，导致接头内部不仅存在机械内
剧烈的摩擦滑移现象，且USPR 接头相较于SPR 接 锁，同时存在固相连接，使得接头的抗剪切强度显著
头的摩擦滑移程度更大。纽扣脱落可能是因为铆钉 增加。上述结果进一步说明，超声焊接可以提升接
刺入下板时会有微裂纹产生，在拉伸-剪切过程中微 头剪切强度能力。
裂纹不断扩展直至纽扣脱落的失效。总体上看，超
声焊接能够提高铆钉接头的稳定性，从图 3 接头拉 表 2 接头静载失效形式
伸-剪切试验的载荷- 位移曲线可以看出，在施加超
Table 2 Static failure modes of the joints
声焊接后，USPR接头的载荷-位移曲线相比于SPR
接头更加光滑，且在接头失效阶段呈现聚集性快速 板材搭配 连接形式 静载失效形式
直线下降，这也说明超声焊接有助于提升 SPR接头 6061 2 个拉脱失效
SPR 自冲铆
的稳定性，验证了结论的可靠性。 2A12 3 个拉脱 + 纽扣脱落
6061 2 个拉脱失效
为进一步深入研究超声焊接对接头静载失效 USPR 自冲铆 + 超声
2A12 3 个拉脱 + 纽扣脱落
程度的影响，将接头典型静载失效试样进行对比分