胶焊接头应力分布的数值模拟毕业论文.doc

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1、胶焊接头应力分布的数值模拟毕业论文1.1研究背景及意义胶焊接头是指由电阻点焊和搭接部位上的胶层所形成的连接接头[1-3]。点焊、胶接、胶焊技术三者的优缺点见表1。胶焊接头中由于存在焊点，弥补了胶接接头高温性能差、持久强度低、胶层老化、性能分散性大等不足；胶焊接头中的胶粘剂使焊点附近应力集中减小，接头强度提高，尤其是疲劳性能得到显著的改善，胶层还阻止了腐蚀介质与焊点区域的接触，腐蚀速率显著降低，消除了点焊搭接区的腐蚀问题，胶粘剂还能提高接头的噪音阻尼特性，使胶焊结构具有优良的声学性能。这样，胶焊接头不仅具有点焊接头重

2、量轻、静强度高(剪切强度为铆接的340%，点焊的200%)、可靠性好的优点，又具有胶接接头良好的疲劳特性和密封性(可使铝件进行阳极氧化处理而不腐蚀焊点)，力学性能十分优良。同铆接相比，胶焊结构重量轻，接头外形光滑，能提高飞行器外形的平滑性和气密性，改善气动力学性能。这一优点对于航空、航天工业具有重要意义[3-6]。胶焊工艺最早主要应用于铝合金、钛合金、硼-铝复合材料的连接。现已用于低碳钢、不锈钢、有机涂层或金属涂层钢板(如汽车用镀锌钢板)和控轧钢板的连接。胶焊技术在异种材料的连接上应用潜力很大，有相当广阔的应用前景

3、，有可能实现用现有连接工艺无法完成的异种材料的连接。胶焊接头一般有两种方式成形，一种形式先由点焊形成连接，随后将胶粘剂填入接头上的间隙中，最后加热固化；另一种形式是先用胶粘剂胶接构件，随后点焊，最后加热固化[1-2]。具体过程为[3-6]：(1)透胶胶焊(先涂胶后点焊)先对工件点焊部位进行表面清洗处理，然后涂胶搭接，将被连接件胶接在一起，随后在点焊机上对其进行点焊，点焊工艺参数根据所用胶粘剂不同而有所不同，最后对接头进行固化处理。缺点在于胶粘剂层的电绝缘性对点焊工艺有不利影响，焊点附近的胶粘剂被焊接热破坏，故应采用

4、导电胶粘剂。(2)毛细作用胶焊(先点焊后注胶)被连接板件经表面处理后，先按通常的点焊工艺进行点焊，然后用注胶器将低粘度胶粘剂注入搭接区的边缘，使胶粘剂通过毛细作用进入搭接缝中。胶粘剂填满搭接缝隙后再对接头进行固化处理。该工艺要求胶粘剂粘度低，以保证充分填满搭接间隙。此工艺能保证快速而可靠的点焊，但注入胶粘剂价格相对昂贵,而且由于注胶不完全，最后的接头中可能存在气孔。受注胶量和毛细作用的限制，毛细作用胶焊不适用于大曲面的搭接件，也不适用于搭接长度过大的部件。毛细作用胶焊中焊点附近胶不会被焊接热所破坏，这是其一大优点，

5、但由于其制造困难，仅限于某些特殊场合使用。透胶胶焊由于其工艺简单，可望得到广泛的应用。由于胶焊兼有胶接和点焊的结构特征，机理非常复杂。胶焊技术的理论研究涉及到多个学科领域,如不同介质的界面力学、薄膜力学及高分子合成物的破坏机理,有着相当的难度,目前对胶焊力学性能的研究，主要采用试验和数值模拟的方法。表1组织成分点焊、胶接和胶焊的特点比较[1-6]点焊胶接胶焊优点采用内部热源，热量集中易于实现机械化、自动化接头强度高、性能稳定成本低，经济性好接头有良好的导电性接头持久性优良应力均匀分布，无变形适于薄板连接水密性、气密

6、性好，防震性能好可实现异种材料的连接疲劳性能好，被粘物性能不变电、热绝缘性好，结构质量轻应力分布均匀(点焊接头有应力集中)疲劳强度增大(较点焊)静载强度、抗剥离能力高，抗老化，持久性能较好(较胶接)可实现异种材料的连接工具简单，不需夹持具(克服了胶接缺点)具有密封性，可取消密封工序(弥补了点焊的不足)缺点存在应力集中，疲劳强度差搭接区内表面存在腐蚀现象焊接热使被焊件性能改变需进行变形校正被焊件厚度大时焊点强度低抗震动性差无密封性不适于异种材料的连接耐热性能差（250-300）胶层老化，持久性能差抗冲击、抗剥离强度低

7、性能不稳定，导电、导热性差工序复杂（表面处理、备胶、涂胶、固化等）需夹具、支撑和昂贵设备（热压室，平板压力机）受设备尺寸限制，不用于大型构件的连接成本高，胶粘剂需具有导电性(点焊不需要)需对金属表面进行处理(胶接需要而点焊时不需要)粘接剂会污染电极，挥发物污染工作环境粘接剂硬化需随焊接电流的变化而变化(液态反应型胶粘剂)1.2国内外研究现状1.2.1胶焊接头应力分布影响的研究现状在胶焊接头的研究方面，Darwish等[7,8]利用有限元法研究了胶粘剂的弹性模量对胶焊接头应力分布和强度的影响，结果表明，胶焊接头的强度

8、随着被粘物弹性模量的增加而增加，接头端部的主应力随着胶粘剂弹性模量的增加而增加，接头端部的最大应力随着被粘物厚度差的增加而增加，在胶焊接头中，杨氏模量低的胶粘剂与厚度差尽可能大的被粘物搭配较好，采用杨氏模量低的胶粘剂，可以提高胶焊接头的强度。Samhan等建立二维胶焊有限元模型，比较点焊、胶接、胶焊三种接头之间的应力分布情况，并讨论胶瘤对胶焊接头的影响：胶瘤