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《板厚对不同胶粘剂胶焊单搭接头中应力分布影响数值分析(1)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、板厚对不同胶粘剂胶焊单搭接头中应力分布影响的数值分析——常保华 史耀武 董仕节板厚对不同胶粘剂胶焊单搭接头中应力分布影响的数值分析常保华 史耀武 董仕节 摘要 采用三维弹塑性有限元分析方法,研究了板厚对胶焊单搭接头中有效应力分布的影响。计算结果表明,板厚对不同胶粘剂胶焊接头中的有效应力分布有不同影响。对酚醛树脂胶粘剂胶焊接头,搭接区边缘应力高于焊点边缘,搭接区边缘是裂纹的起裂位置;随板厚增加,搭接区边缘的峰应力减小而焊点边缘应力变化不大,使应力分布趋于均匀,对提高接头强度有利。对丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头刚好相反。关
2、键词 胶焊接头 板厚 有限元分析 应力分布常保华 博士研究生中国图书资料分类法分类号 TG404 胶焊技术是将电阻点焊与胶接相结合而形成一般采用搭接形式;对胶焊接头力学性能的评定的新型复合连接工艺。胶焊接头的疲劳强度远高通常也采用单搭接头。本研究分析图1中胶焊单搭于点焊接头,且有效消除了点焊接头中搭接区内接头试件。试件两端承受拉伸剪切载荷。由于试件表面的腐蚀现象;胶焊接头静强度、持久强度高于关于x轴对称,只需对其上半部分进行分析。单纯胶接接头,同时避免了胶接接头由于胶层老化带来的静强度低、可靠性差等缺点。试验结果表明
3、,胶焊结构不仅静强度高,疲劳性能好,而且重[1～5]量轻、声学阻尼性能优良,因此胶焊工艺在航空航天及汽车制造工业领域获得了广泛应用。迄今为止,虽然对胶焊结构的力学性能已做了很多试验研究,但对其持久性和失效机理仍缺乏认识,限制了胶焊工艺在主要承载构件中的应图1 胶焊搭接试件的形状和尺寸有限元网格划分情况见图2。采用三维8节点用。所以,研究各种因素对胶焊接头应力分布的影响规律具有十分重要的意义。有试验表明,被连接板的厚度对胶焊接头的疲劳性能有一定影响,且[6]影响规律与胶粘剂性能有关。基于这一认识,本研究采用三维弹塑性有限
4、元分析方法,对分别采用高弹性模量酚醛树脂和低弹性模量丙烯酸酯胶粘剂的2种胶焊接头进行了数值模拟,研究了板厚对接头中应力分布的影响规律。所得结果可用于分析胶焊接头的断裂机理、解释试验结果及预测接头强度,同时对选择材料和优化接头设计也具图2 试件的有限元网格划分砖块单元,上下板和胶粘剂各分为2层,搭接区边有指导意义。缘和焊点边缘附近网格细分,网格最小尺寸0.151 计算模型和材料性能mm。网格中有1808个单元,2471个节点。分析中不考虑电极压痕的影响;结构连接完与电阻点焊结构和胶接结构相同,胶焊接头好,结合面上不存在缺
5、陷;假定接头中熔核与热影收稿日期:1997—11—25响区具有相同的力学性能。计算中所用材料的力·341·中国机械工程第10卷第3期1999年3月学性能见表1。母材为汽车用08Al钢板,胶粘剂区右边缘处的应力高表1 有限元分析中所用材料的力学性能于各自左边缘处的应弹性模屈服强硬化模剪切模力;对所有4种板厚的泊松比材料量E度Ry量Et量G胶焊接头,搭接区边缘M(MPa)(MPa)(MPa)(GPa)峰应力高于焊点边缘母材1900000.25160200076峰应力,搭接区边缘附焊点2000000.20450180083.
6、34近区域为高应力区域。酚醛树脂胶28750.42905001.06随板厚增加,胶层和焊丙烯酸酯胶500.4540401.72E22点内部的应力都降低,分别为高弹性模量的酚醛树脂胶粘剂和低弹性模搭接区边缘的峰应力量的丙烯酸酯胶粘剂,给出了材料的硬化模量也降低,焊点边缘的应Et,用双线性应力应变曲线描述材料的弹-塑性力变化规律不明显,且性能。利用Algor弹塑性有限元分析程序,计算了变化范围不大。焊点和外载P=2.7kN下接头中的应力分布。假定接头搭接区边缘处应力差处于小变形状态,分析考虑了材料非线性,不考虑别随板厚的增
7、加而减几何非线性。所有计算工作在IBMPentium166小,表明搭接区中的应PC计算机上完成。力随板厚增加而变得2 计算结果和讨论均匀。图3b中横坐标H固体力学理论认为,要了解一点的应力状态,=0°的位置对应于焊只需知道6个应力分量Rx、Ry、Rz、Rxy、Ryz、Rzx,即应点右边缘,H=180°对力矩阵可完全表达一点的空间应力状态应于焊点左边缘。由图RxSxySxz1可知,焊点右边缘靠SyxRySyz(1)近板受载端,而左边缘SzxSzyRz靠近板自由端。从图3b 图3酚醛树脂胶粘剂胶Von2Mises屈服准则认
8、为,当空间某点的有中可发现对于4种板厚焊单搭接头中的应效应力达到材料的屈服强度时,该点便开始进入力分布的胶焊接头,焊点右边塑性状态。因此常采用有效应力来描述结构应力缘有效应力最大,左边缘有效应力最小。状态。有效应力Re定义为图3c表明,搭接区边缘上,有效应力在整个212222Re=2[(Rx-Ry)+(Ry-Rz)+(Rz-Rx)
