车用铝合金粘接接头在整车撞击中力学行为的简化与仿真

摘要

随着车辆轻量化的迅速发展，粘接铝合金技术在汽车工业中有着广泛的应用，铝合金粘接日益成为重要的研究课题。本文针对铝合金粘接接头的断裂行为进行了粘接工艺与粘接接头力学性能等方面的研究。 粘接工艺是粘接接头力学性能的重要影响因素，确定一种合理的粘接工艺有着重要的意义。本文通过理论分析与单搭接接头力学试验的方法，优化了铝合金材料的粘接工艺，如表面处理方法、胶层厚度及胶粘剂与固化剂的配比等，试验结果表明应用该工艺制备的粘接接头性能稳定。 车用铝合金粘接构件的断裂行为认知还存在许多空白，特别是在整车撞击中情况更为复杂。本文采用改进的Ar．Can试验夹具，设计了对接接头在不同角度下的力学试验(复合式拉伸试验)，简化了铝合金粘接接头在整车撞击中的断裂模型；并用Druckel-Prager屈服判据对接头中的胶层进行力学分析，得到了从接头屈服到断裂这一过程的剪应力与胶层材料属性(静水压力敏感系数)α p的关系；在此基础上又对试验得到的对接接头断裂强度进行了分析，提出在不同角度承载时，接头破坏过程中与应力状态和胶层材料属性相关的断裂模型，实现了整车撞击中对接接头断裂模型的简化。 通过对单搭接接头局部结构(胶层)进行力学分析，在Drucker-Prager屈服判据的基础上建立了胶层的失效计算模型，该模型在单搭接接头的有限元结果中能够很好的说明接头的破坏过程；在复合式拉伸试验的有限元模型中，计算结果采用σ m/σ o和应力罗德参数来描述对接接头在不同角度承载时的破坏过程，发现接头的破坏形式依赖于胶层所处的应力状态与胶层性能，同时破坏形式又决定着接头的承载能力，试验结果验证了对接接头的有限元模型。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题的背景与意义

1.2粘接的优缺点

1.2.1优点

1.2.2缺点

1.3粘接技术概述及胶粘剂应用的发展

1.4粘接的国内外发展现状

1.4.1胶粘剂的配方对接头力学性能的影响

1.4.2表面处理对接头力学性能的影响

1.4.3粘接接头的失效研究

1.5国内外汽车碰撞计算机模拟研究的历史与现状

1.6本文构想

第二章粘接理论及接头断裂准则

2.1粘接理论

2.1.1吸附理论

2.1.2静电理论

2.1.3扩散理论

2.1.4机械结合理论

2.1.5化学键理论

2.2粘接接头破坏形式

2.3粘接接头断裂准则

2.3.1最大能量释放率准则

2.3.2最大拉应力理论

2.3.3应变能密度因子理论准则

2.3.4 Z断裂准则

2.4本章小结

第三章粘接试验方法

3.1表面处理

3.1.1铝合金对胶接接头的影响

3.1.2胶接对合金表面的要求

3.1.3表面处理的影响因素

3.1.4表面处理过程

3.2粘接过程

3.2.1配胶

3.2.2涂胶

3.2.3晾置

3.2.4粘合

3.2.5固化

3.2.6检验

3.2.7修整和后加工

3.2.8拆胶

3.3接头的形式选取及试验装置的设计

3.4粘接接头尺寸的确定

3.4.1接头因子（a）

3.4.2粘接件的最佳厚度（t）

3.4.3接头最佳搭接长度（L）

3.5本章小结

第四章力学试验及结果分析

4.1基本试验材料的性能测试

4.1.1胶粘剂材料的试验结果

4.2粘接接头的力学性能测试

4.2.1标准粘接接头的力学试验

4.2.2标准接头试验结果及分析

4.2.3对接接头的力学试验

4.2.4对接接头试验结果及分析

4.3本章小结

第五章粘接失效模型的建立及有限元计算

5.1引言

5.2粘接的失效研究

5.3有限元计算

5.3.1胶层材料的计算结果

5.3.2搭接接头的有限元模拟

5.3.3搭接接头的有限元模拟结果分析

5.3.4对接接头的有限元模拟

5.3.5接头的有限元计算结果与分析

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的论文