考虑界面缺陷的胶接体系强度及破坏研究

摘要

胶接是指一种用粘合剂实现连接和固持的方法,胶接形式的金属薄板在汽车工业,建筑业以及航空航天领域有着广泛的应用。由于制备工艺和外部环境的影响,该胶接体系往往会萌生各种界面(胶层)缺陷,从而对其整体性能产生影响。本文利用有限元方法系统研究了含不同界面缺陷的该胶接体系的强度及破坏过程。文中考虑了3种形式的缺陷,分别是局部脱粘,弱粘接和空穴。前两种形式的缺陷是通过一种用户自定义子程序改进的内聚单元来实现,考虑了缺陷尺寸和位置分布的影响。此外,利用改进的Gurson模型来模拟含空穴的胶层,研究了空穴尺寸对整体强度的影响。本文的计算结果表明,胶接体系的整体强度随着各种界面缺陷尺寸的增大而降低。其中,对于局部脱粘形式的缺陷而言,缺陷位置分布对于体系整体强度的影响相对较小;而对于弱粘接形式的缺陷而言,弱胶层的粘结参数和尺寸对于体系整体强度共同产生影响,当缺陷尺寸较大时,弱胶层区粘结参数的变化对于体系整体强度的影响更为显著。