高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化

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1、上海交通大学硕士学位论文高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化硕士研究生：杨飒学号：1120209381导师：张延松副教授申请学位：工程硕士专业学位学科：车辆工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNumericalanalysisoflap-shearstrengthofadhesivebondedjointofhighstrengthsteelandoptimi

2、zationofbondingparametersCandidate：YangSaStudentID:1120209381Supervisor：Prof.ZhangYansongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：February,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTong

3、University高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化摘要采用高强钢、铝镁合金等轻量化材料并遴选适合的连接工艺，对于保证连接接头的强度及其车身制造质量具有重要研究意义和工程实用价值。伴随胶粘剂的快速发展，并因其应力分布均匀、抗疲劳性能好、防腐性能好等优点，结构胶接技术已在国内外汽车制造企业的众多主流车型上得到推广应用。然而，如何使结构胶接强度满足制造质量要求，并建立统一的胶接接头强度评价标准，是目前汽车制造企业和学术界共同关注的主要问题之一。在目前的车身装配制造过程中，普遍使用的胶接强度评价指标是接头拉剪强度。但胶层属性、胶层厚度、胶层宽

4、度、钢板属性、钢板厚度等多因素变化，都会对胶层的内部应力分布及接头拉剪强度造成明显影响。然而，目前的研究较多集中在单一因素变化对接头拉剪强度的影响，仍缺少有效的模型和方法量化评价胶层和钢板的材料/几何等工艺参数共同作用对接头拉剪强度的影响。针对上述问题，本文以双相钢单搭胶接接头为研究对象，采用有限元数值仿真，研究单搭胶接接头拉剪过程中的应力分布规律，分析胶层和钢板的材料/几何等工艺参数对胶层应力的影响，获得了不同工艺参数下的胶接接头拉剪强度，并进行了试验验证。采用实验设计等方法，建立了胶层和钢板的材料/几何等工艺参数与接头拉剪强度I的响应面模型，分析

5、了工艺参数对胶接接头拉剪强度的影响，并进行了工艺参数优化设计。本文的主要研究内容及结论如下：1)胶接接头拉剪过程有限元仿真研究通过建立单搭胶接接头的有限元模型，分析了拉剪过程中胶层与钢板间的应力分布规律，并研究了胶接工艺参数对拉剪过程中胶层中应力大小和接头拉剪强度的影响，结果表明：胶接接头拉剪过程中，胶层会同时受到剪应力和剥离应力（正应力）的作用，胶层和钢板的力学性能和几何参数均对胶接接头拉剪强度有影响，其中，钢板和胶层的屈服强度降低，胶层厚度增加会使接头能够承受的最大拉剪力下降；钢板厚度/胶层宽度增加会使接头能够承受的最大拉剪力上升。2)胶接接头拉

6、剪强度的实验研究通过胶接接头准静态拉剪实验，研究了胶接工艺参数，如胶层宽度、厚度、被连接钢板屈服强度、厚度等参数对胶接接头拉剪强度的影响，结果表明：胶层宽度对胶接接头能够承受的最大拉剪力有明显影响，胶层宽度越宽，拉剪力越大。胶层厚度对胶接接头拉剪强度有明显影响。钢板的屈服强度越高，厚度越大，胶接接头的拉剪力越大。3)胶接工艺参数与拉剪强度的响应面模型通过响应面试验设计方法，将影响胶接接头强度的各项工艺参数：胶层和母材的力学性能、几何尺寸等进行了因子分析和实验设计，并建立了二次响应面回归模型；采用序列二次规划（SQP）算法，对各项工艺参数进行了相应的优

7、化。结果表明：胶层宽度、胶层厚度、钢板厚度是影响胶接接头最大拉剪力的主要因素。胶层宽度增加、厚度II减小均会使胶接接头拉剪力增加；钢板厚度存在一个最佳临界值，使胶接接头拉剪力最大，而该临界值的大小会同时受到其他因素的影响。在所选参数范围内，综合考虑各项工艺参数，优化结果为：胶层宽度18mm，胶层屈服强度29.4MPa，胶层厚度0.125mm，钢板屈服强度897MPa，钢板厚度2.112mm。关键词：结构胶接，有限元仿真，拉剪强度，响应面IIINumericalanalysisoflap-shearstrengthofadhesivebondedjoi

8、ntofhighstrengthsteelandoptimizationofbondingparameter