Steel/CFRP异质材料胶结工艺及接头性能的仿真与实验研究

发布时间：2020-12-28 19:37

　　目前,随着汽车产销量的快速增长,出现了能耗短缺、过度排放等一系列能源、环境问题,为了汽车行业的可持续发展,该领域对新能源车辆的研发越来越重视,其中轻量化已成为其关键核心技术之一。碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因质量轻、强度高、抗疲劳、抗腐蚀和可设计性好等特点,而备受汽车制造商的关注。另一方面,目前用高强度钢板代替普通中、低碳钢板,通过减薄厚度来实现车体结构的轻量化。上述两种主流轻量化材料在同一车体结构中的应用,必然会带来钢板与CFRP两种异质材料的安全可靠连接问题,这对提高整体结构性能和服役寿命起着至关重要的作用。本文针对Steel/CFRP两种异质材料的连接,基于局部热冲压技术,提出具有附加几何形貌特征的Steel/CFRP胶结工艺,将有限元仿真、工艺实验与拉伸剪切实验相结合,研究胶结接头的不同形貌特征对其失效载荷、剪切应力分布、剥离应力分布、断裂能及工艺实施稳定性的影响规律及原因,为Steel/CFRP胶结接头附加几何形貌特征分布及尺寸优化、工艺控制提供依据,以改善和提高Steel/CFRP胶结接头的力学性能及承载能力。主... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 胶结技术研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 冲压连接技术研究现状
    1.4 课题研究意义及目的
    1.5 课题研究主要内容
第二章 胶结基本理论和受力分析
    2.1 胶结技术基本理论
        2.1.1 胶结技术基本机理
        2.1.2 胶结接头基本受力形式
        2.1.3 胶结基本连接形式
        2.1.4 胶结接头的破坏形式
    2.2 影响胶结强度的因素
        2.2.1 表面处理
        2.2.2 胶黏剂的选择
        2.2.3 胶结接头几何参数
    2.3 胶结技术与Steel/CFRP在汽车上的应用
    2.4 本章小结
第三章 碳纤维复合材料力学理论分析
    3.1 单层板碳纤维复合材料力学分析
        3.1.1 单层板碳纤维复合材料各向异性弹性力学
        3.1.2 层合板的力学理论
    3.2 单层板碳纤维复合材料的渐进失效分析
    3.3 内聚力理论基础
        3.3.1 内聚力本构关系
        3.3.2 损伤起始准则
        3.3.3 损伤扩展准则
    3.4 本章小结
第四章 Steel/CFRP胶结接头设计及接头性能仿真分析
    4.1 基于混合热冲压的局部变形的Steel/CFRP胶结工艺
    4.2 刚度非平衡单搭胶结接头力学模型
    4.3 Steel/CFRP胶结接头附加几何形貌特征设计及其力学性能仿真
        4.3.1 Steel/CFRP接头附加几何形貌特征及仿真方案设计
        4.3.2 有限元仿真模型建立
    4.4 仿真结果分析
        4.4.1 粘结长度对胶结接头拉伸剪切性能的影响
        4.4.2 球形凹坑尺寸及分布对胶结接头性能的影响
        4.4.3 不同尺寸的矩形凹槽对胶结接头性能的影响
        4.4.4 分布式圆柱形凹坑和弧形凹槽对胶结接头性能的影响
        4.4.5 不同附加几何形貌特征对胶结接头力学性能的影响
    4.5 本章小结
第五章 不同附加几何形貌对Steel/CFRP胶结接头性能影响的实验研究
    5.1 拉剪试样制备
        5.1.1 胶结件预制
        5.1.2 试样连接实验装置
        5.1.3 试样制备
    5.2 拉伸剪切试验
    5.3 实验结果分析
        5.3.1 不同形貌Steel/CFRP接头的实验及仿真结果对比分析
        5.3.2 矩形凹槽深度对胶结接头性能的影响
        5.3.3 基于混合热冲压的局部变形胶结工艺的稳定性分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其它科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]轻质合金无铆塑性连接方式及其关键技术的探讨[J]. 陈超,赵升吨,韩晓兰,崔敏超,范淑琴.  锻压技术. 2016(01)
[2]汽车轻量化材料及制造工艺研究现状[J]. 郭玉琴,朱新峰,杨艳,熊倪.  锻压技术. 2015(03)
[3]蓬勃发展的CF及其CFRP产业[J]. 罗益锋,罗晰旻.  高科技纤维与应用. 2015(01)
[4]碳纤维复合材料的剪切断裂行为研究[J]. 孙民航,郭玉琴,汤鹏鹏,杨艳.  材料导报. 2015(04)
[5]润滑油对钢板胶接强度及环境腐蚀性能的影响[J]. 吴倩倩,林建平,康柳根,吴泳荣,张金鸿.  材料科学与工程学报. 2015(01)
[6]轻质合金胶接接头强度的胶层厚度依赖性的实验研究[J]. 许巍,于慧臣,陶春虎.  机械强度. 2015(01)
[7]改进的复合材料斜接结构胶层应力半解析法[J]. 刘斌,徐绯,季哲,王毅,谢伟.  复合材料学报. 2015(02)
[8]复合材料单搭接胶接接头试验研究与数值模拟[J]. 梁祖典,燕瑛,张涛涛,李剑峰,孟祥吉,廖宝华.  北京航空航天大学学报. 2014(12)
[9]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意.  汽车安全与节能学报. 2014(01)
[10]CFRP材料复合成型工艺及装置研究[J]. 郭玉琴,袁豹,孟钊,孙民航,郭娟.  锻压技术. 2014(02)

博士论文
[1]车身单搭接粘接接头静强度性能试验及强度预测方法的研究[D]. 李龙.吉林大学 2011

硕士论文
[1]钢铝板材压—胶复合连接性能分析及在车身结构中的应用[D]. 邱泽鑫.华南理工大学 2015
[2]汽车轻量化异种材料胶接接头力学性能研究[D]. 杨晓莉.大连理工大学 2014
[3]基于内聚力模型的胶接结构疲劳特性研究[D]. 吴坤岳.大连理工大学 2013



本文编号：2944290