毕业论文-胶焊接头应力分布的数值模拟

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1、胶焊接头应力分布的数值模拟学位申请人：学科专业：机械制造及其自动化指导教师：教授73ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceinEngineeringNumericalSimulationonStressDistributionofSingleLapWeld-BondedJointsGraduateStudent:YanJialingMajor:MechanicalManufac

2、tureandAutomationSupervisor:Prof.YouMinChinaThreeGorgesUniversityYichang，443002，P.R.ChinaApril，200973大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期

3、：73内容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，分析了胶粘剂和被粘物的性质（弹性模量、预偏角、胶瘤性质等）对胶层中心和胶层-被粘物界面应力分布的影响，并对考虑热应力情况下接头应力分布规律进行了初步探讨，得出了如下主要结论：1）胶粘剂弹性模量对接头中的应力分布有显著影响，随胶粘剂弹性模量的增高，搭接区端部附近胶层中心的应力峰值上升，接头从焊点承载为主向转变为胶层也承受较多的外

4、载。紧邻胶接界面的被粘物侧和焊点内的应力分布均有显著变化，应力峰值显著降低，有利于提高疲劳强度。综合考虑到弹性模量增加时所引起的应力峰值在搭接区端部附近的上升和在胶层-焊点边缘及对应于焊点中心点处的下降情况，建议选用弹性模量适中的胶粘剂以提高接头的承载能力。2）混合胶对胶焊接头作用显著，特别是低弹性模量胶粘剂端焊点边缘和胶层端部。除正应力Sx外，随胶粘剂弹性模量减小，在低弹性模量胶层处应力显著增大，特别是焊点的端部处，而胶层峰值应力逐渐下降，且随着两种胶粘剂弹性模量差别增加，应力变化增大，但对高弹性模量胶层处几乎

5、无影响；混合胶对被粘物处应力分布影响与对搭接区中心应力分布影响类似，但对应力峰值影响更为显著。为提高接头整体强度和承载能力，综合考虑混合胶粘剂对胶焊接头应力分布的影响，建议采用两种胶粘剂弹性模量相差适中的组合。3）上下被粘物厚度不同，使得搭接区中心以及被粘物界面处应力分布不对称，其中搭接区中心出现了应力峰值一侧高一侧低的分布状况：当上被粘物厚度变化时，焊点处应力峰值出现左高右低；而在下被粘物厚度变化时，焊点应力峰值却出现右高左低；随着上下被粘物厚度差别增大，各应力分量总体趋于增大；下被粘物厚度变化对应力分布影响更

6、为显著。上被粘物厚度增加更有利于接头承载能力的提高，因为随着上被粘物厚度的增大，接头应力逐渐减小；随下被粘物厚度增大，应力却显著增大。4）预偏角对胶焊接头应力分布作用显著：搭接区应力分布更均匀，峰值显著下降，有利于接头的整体承载能力提高；胶层端部应力集中得到改善，峰值应力转移至焊点及其附近胶层。随着预偏角的增大，被粘物界面处各应力峰值显著减低，应力分布更均匀，而处焊点中应力上升。5）胶瘤的存在有利于降低胶层端部应力集中程度，当胶瘤的高度相同时，被粘物上的接触面积对应力峰值有较大的73影响，入射角增大也即接触面积越

7、大，峰值越小。随胶瘤入射角增大，胶层端部以及焊点两端处应力集中更明显同时胶瘤承担的力也越大，下被粘物自由端处应力增大，但对焊点中部处的应力影响不大。6）胶瘤的外形（三角形或圆形）对应力值影响不大，胶瘤的高度和在被粘物表面上的接触面积仍然是影响应力的主要因素。胶瘤与被粘物间的接触面积越大，应力越低。7）当胶瘤采用不同弹性模量的胶粘剂时，胶瘤弹性模量越低，在焊核与胶瘤之间的胶层中以及焊核内部应力峰值越高，但对焊核中正应力几乎无影响。胶瘤中的应力值随着胶瘤的弹性模量增加而减小，焊核的承载能力加强，有利于接头强度的提高。

8、对于被粘物界面处应力分布，应力峰值主要出现在自由端以及胶瘤与胶层界面下方。随着胶瘤弹性模量的增加，各应力峰值显著减低，应力分布更均匀。被粘物自由端处应力和胶瘤末端正下方的应力越大，而胶瘤与胶层界面下方处应力越小。8）胶瘤中置入金属块可显著改善接头应力分布，使得焊点中心和胶层中应力有所下降，接头的承载能力提高。通过比较了胶瘤中置入不同金属块对不同被粘物的接头应力分布情况，可