热-力耦合下铝胶焊接头应力分布的数值研究

摘要

本文在对国内外关于胶焊单搭接接头研究情况及其数值模拟技术的研究现状进行综述的基础上,通过运用弹塑性有限元法,以铝胶焊单搭接接头为研究对象,以优化接头应力分布和提高接头强度为目标。在理想条件下考察了焊点的位置、被粘物几何修正(斜削角度、凹槽、台阶等)、异质被粘物和被粘物厚度对胶层中心和胶层-被粘物界面应力分布规律的影响,并在考虑热应力的情况下部分因素对接头应力分布规律进行了研究,得出了如下主要结论:
　　1)随焊点的位置由搭接区端部向搭接区中部的移动,接头各应力分量的峰值应力随之移动并且其值大幅降低,当焊点中心与搭接区中心重合时,其峰值应力最小。
　　2)随着被粘物斜削角度的减小,胶层搭接区端部的各应力峰值降低,中部的应力值有所提高,接头的承载由胶层转变为焊点承载;当斜削角度较大时,斜削对接头各应力分量的影响较小。
　　3)随凹槽中心由搭接区端部向搭接区中心转移过程中,接头端部的应力值明显降低,胶层中部的应力值则有所增大(除了剪应力Sxy外);当凹槽长度L=7mm与凹槽深度H=1mm时,在胶层中间的应力值较小且分布较为均匀;相对于外凹槽接头而言,内凹槽接头更能改善接头的受力分布。
　　4)随内台阶长度和深度的增加,应力向搭接区中部转移且台阶处的应力峰值随之降低,适宜的内台阶长度和深度有利于接头中部工作应力的承担。
　　5)随下被粘物刚度的增强,异质被粘物铝胶焊接头在搭接区右端的峰值应力是逐渐降低的,在焊核右边缘的峰值应力则是逐步增大的且接头应力分布不对称。
　　6)随两被粘物的厚度同时增加,接头搭接区端部和焊核边缘处的的各应力峰值也随之增大。在焊核中,被粘物的厚度越小,其应力分布越均匀。
　　7)随胶粘剂弹性模量的逐渐增大,考虑热应力条件下接头端部的各应力峰值逐渐上升,胶层与焊点连接处的应力峰值有所降低。
　　8)随焊点右侧胶层的弹性模量降低,搭接区右侧的峰值应力越小且应力分布也较均匀,但焊点边缘处的应力峰值则随之升高(除正应力外)。
　　9)同时改变被粘物厚度,接头应力呈对称形式分布且随被粘物厚度的减小,接头的各应力峰值均有不同程度的下降。与不考虑热应力相比,接头的应力分布(特别是焊点内)的变化非常显著。
　　10)随胶层厚度的增加,接头端部的应力峰值有稍许降低,与不考虑热应力接头的应力分布不同的是,焊点与胶层连接处的峰值应力有较大幅度的提升,焊点所承担的载荷变大。
　　11)不考虑热应力斜削铝胶焊接头的应力峰值在搭接区端部而考虑热应力时其应力峰值在焊点中。较小的削角度(θ≤300)对接头应力分布影响显著,但斜削角度继续增大,其影响没有那么显著。

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引言

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 不同参数对胶焊接头应力分布影响的国内外研究现状

1.3 有限元法在本课题中的应用

1.4 本文的主要研究工作

2 理想条件下铝胶焊接头应力分布的数值分析

2.1 有限元模型

2.2 焊点的位置对铝胶焊接头应力分布的影响

2.3 被粘物几何修正对铝胶焊接头应力分布的影响

2.4 被粘物刚度对铝胶焊接头应力分布的影响

2.5 本章小结

3 热-力耦合下铝胶焊接头应力分布的数值分析

3.1有限元模型

3.2 胶粘剂弹性模量对铝胶焊接头应力分布的影响

3.3 混合胶粘剂对铝胶焊接头应力分布的影响

3.4 被粘物厚度对铝胶焊接头应力分布的影响

3.5 胶层厚度对铝胶焊接头应力分布的影响

3.6 异质被粘物对铝胶焊接头应力分布的影响

3.7 被粘物斜削对铝胶焊接头应力分布的影响

3.8 本章小结

4 全文总结及展望

4.1 主要结论

4.2 本文主要创新之处

4.3 课题研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著