胶层尺寸对单搭胶接接头性能的影响研究.pdf

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1、万方数据2009年5月第18卷第5期V01．18No．5。May．2009中国胶粘剂CHINAADHESlVES：斟研报告二胶层尺寸对单搭胶接接头性能的影响研究卢志国，杨纥，林建平(同济大学机械工程学院，上海200092)摘要：针对汽车车身中应用日益广泛的钢板胶接结构，通过试验得到了不同胶层尺寸对胶接接头承载能力的影响规律，建立了钢板单搭接头的三维弹塑性有限元模型，分析了胶层尺寸对胶接接头应力分布的影响。研究结果表明：随着胶层厚度的增加，胶接件的承载能力呈先升后降的趋势，合理的胶层厚度应为0．3-0．5mm；无论胶层厚度为多少，增加搭接区域胶层的长度或宽度。均会提高胶接

2、件的承载能力。关键词：胶层尺寸；单搭接头；应力；强度；有限元中图分类号：TG494文献标识码：A文章编号：1004—2849(2009)05-0001--03O前言胶接是指采用胶粘剂实现连接、固持的一种实用技术，随着汽车轻量化的发展，胶接技术在汽车工业中已得到广泛应用【1-21。胶接技术具有应力分布均匀、能连接异种材料等优点，同时其接缝处对水、空气或其它环境介质等具有优良的密封性。胶接技术虽然操作简便，但是由于胶层在胶接接头中起到传递载荷的作用，故胶层尺寸对胶接接头承载能力的影响很大。因此，合理确定胶层尺寸及厚度，对提高胶接接头的承载能力具有重要的意义。在实际生产和使用

3、过程中，胶接接头经常承受拉伸剪切应力[31。本文对承受拉伸剪切载荷的单搭胶接接头进行了研究，分析了胶层尺寸对承受拉伸剪切载荷的单搭胶接接头性能的影响规律。1试验部分1．1试验原料树脂基胶粘剂[由环氧树脂(EP)、二酚基丙烷(BPA)与聚氨酯(P99-0151)均匀混合而成】，工业级，Cytec公司；低碳钢板(含碳量为0．2％)，上海宝山钢铁股份公司。1．2胶接件的制备首先用洁净布擦拭钢板表面，然后按照图l制备单搭胶接试件。接头处胶层的厚度用直径为O．3nlm的玻璃微珠控制，即将玻璃微珠均匀置于接头处某一钢板的搭接区域内，然后将两块钢板复合在一起即可。图1胶接件的尺寸Fi

4、g．1Sizeofbondingsample1．3试验仪器双五金202-20型干燥箱(最高温度300℃)，上海市实验仪器厂；Zwick／Roell—Z050型拉伸试验机(最大拉伸力50kN)，德国Zwick／Roell公司。1．4性能测试将胶接件置于180℃干燥箱中固化15min，待其冷却后采用拉伸试验机进行测定。试验中的相关参数如表l所示。当胶接接头的胶接尺寸为15mm×19mm和7．5mmxl9／rim时，单搭胶接接头的断面照片如图2、图3所示。收稿13期：2009-03—12；修回日期：2009--04-09。基金项目：校企联合研究项目“胶接技术研究”(10002

5、39017)。作者简介：嘲(1983-)，湖北监利人。博士。主要从事汽车轻量化胶接工艺方面的研究。E-mail：lulon983820@163．P,oltn通讯作者：林建平。万方数据一2一中国胶粘剂第18卷第5期表1试验参数Tab．1Parametersinexperiments材料钢板和树脂胶粘荆图2胶接尺寸为15mmxl9mmFig，2Bondingsizeat15mmxl9mm图3胶接尺寸为7．5mmxl9mmFig．3Bondingsizeat7．5mmxl9mm2结果与讨论2．1不同胶接尺寸的胶层厚度对胶接强度的影响不同胶接尺寸的胶层厚度对胶接强度的影响规律如

6、图4所示。lzl妾1拦镊憾胶层厚度／mm图4不同胶接尺寸的胶层厚度对胶接强度的影响Fig．4Effectofadhesivethicknessonbondingstrengthatdifferentbondingsizes由图4可知：增加试件的搭接长度和搭接宽度均有利于提高试件的承载能力；当搭接面积相同时，对相同的胶层厚度而言，搭接区域为15mmxl9mm的胶接件，其承载能力高于搭接区域为7．5mmX38mill的胶接件。因此，在胶接接头设计过程中，可以在不改变搭接面积的情况下，通过适当增加搭接长度、减小搭接宽度，来提高胶接接头的承载能力。由图4可知：对同种胶接尺寸而言

7、，随着胶层厚度的增加，胶接接头的承载能力呈先升后降的趋势，合理的胶层厚度应为0．3-0．5him。2．2有限元计算模型与分析为了研究胶层尺寸对胶接接头工作时应力分布的影响，建立了胶接接头的三维弹塑性有限元模型，并对胶层尺寸与接头处应力分布的关系进行了分析。当胶层尺寸为15minx38mm时，胶接接头的有限元模型如图5所示(其中被粘物长×宽=126mm×38mm，搭接长度15mm，胶层厚度0．3mm，钢板厚度0．75mm；试件拉伸过程中，两端被夹头约束，夹距为158mm)。图5胶接接头的有限元模型Fig．5Finiteelementmesh