Study on compressive failure modes of TC2 stiffened panels with different welding processes

QIN Zepeng; MA Yu'e; GAO Ruixin; XU Ruiyang; ZHENG Hantian

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.003

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Study on compressive failure modes of TC2 stiffened panels with different welding processes

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2026-01-21

- Study on compressive failure modes of TC2 stiffened panels with different welding processes
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 1, Pages: 20-32(2026)
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学航空学院，西安 710072
  2.中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，沈阳 110035
- 作者简介：
  
  MA Yu'e, E-mail: ma.yu.e@nwpu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(11572250)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.003
  CLC：
- Received：27 January 2024，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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秦泽鹏，马玉娥，高睿鑫，等. 不同焊接工艺TC2加筋壁板压缩破坏模式研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：20-32.

QIN Zepeng，MA Yu'e，GAO Ruixin，et al. Study on compressive failure modes of TC2 stiffened panels with different welding processes［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：20-32.
秦泽鹏，马玉娥，高睿鑫，等. 不同焊接工艺TC2加筋壁板压缩破坏模式研究［J］. 机械强度，2026，48（1）：20-32. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.003.

QIN Zepeng，MA Yu'e，GAO Ruixin，et al. Study on compressive failure modes of TC2 stiffened panels with different welding processes［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：20-32. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.003.

摘要

目的

针对TC2钛合金加筋壁板，探究铆接、点焊、氩弧焊及激光焊4种不同连接工艺对其压缩屈曲行为及破坏模式的影响。

方法

首先，设计并制备了4种工艺的整体壁板试验件，通过单轴压缩试验获取屈曲载荷、破坏载荷及失效模式；然后，基于轴压屈曲理论进行初步估算，并利用有限元软件构建实体单元模型进行屈曲及后屈曲行为仿真，对比分析试验与计算结果。

结果

试验结果表明，焊接类壁板（氩弧焊、激光焊）的屈曲与破坏载荷显著高于铆接与点焊壁板，但后者的承载效率（破坏/屈曲载荷比）更高。铆接与点焊壁板发生整体屈曲失效，源于蒙皮与筋条的协调变形；焊接类壁板发生局部屈曲失效，表现为蒙皮凸起与筋条扭转。数值模拟结果与试验数据吻合良好，误差均在10%以内，有效捕获了结构变形细节。

Abstract

Objective

The effects of different joining processes—riveting

spot welding

argon arc welding

and laser welding—on the compressive buckling behavior and failure modes of TC2 titanium alloy stiffened panels were investigated.

Methods

Integral stiffened panels were designed and fabricated for compression testing to determine buckling loads

failure loads

and failure modes. Analytical buckling theories and finite element (FE) models using solid elements were employed to analyze the buckling and post-buckling behaviors

with numerical results compared against test data.

Results

The results indicate that while welded panels exhibit significantly higher buckling and failure loads than riveted and spot-welded panels

the latter shows a higher failure-to-buckling load ratio. Failure in riveted and spot-welded panels is characterized by global buckling

whereas welded panels fail due to local buckling involving skin bulging and rib torsion. The FE simulations show good agreement with test values

with errors within 10%

effectively capturing the rib torsion and skin deformation details.

关键词

Keywords

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