胶粘连接增韧方法与机理研究

发布时间：2023-01-03 09:35

　　汽车车身设计与制造中,新材料和新结构的使用对部件的连接技术提出了新的挑战,胶粘连接以其众多优势而不断得到应用。然而,胶粘连接的力学性能在不同载荷状态下具有显著差异,其在拉伸载荷下的断裂韧性明显低于剪切载荷,在一定程度上限制了胶粘连接的应用位置。本论文以试验研究、理论解析和有限元模拟相结合的方法,揭示不同载荷下胶粘连接中裂纹扩展的特征,提出抑制Ⅰ型断裂时裂纹扩展的方法,探究其增韧机理,指导试验设计并成功实现拉伸载荷下胶粘连接强度与韧性的提升。论文通过多角度加载试验,获得胶层处于不同载荷状态时、胶接接头的断裂强度与能量吸收值,观察胶层裂纹的起始位置与扩展过程以及断裂面形貌,揭示不同断裂模式时胶接接头的力学特性。进一步采用双悬臂梁胶接试件进行Ⅰ型断裂试验,针对部分结构胶粘剂试验中出现的胶层裂纹“粘-滑”不稳定扩展行为,通过建立解析模型和进行断裂面微观观测,成功解释其产生机理并在仿真模拟中再现这一现象。基于断裂试验中总结的,裂纹扩展特征和胶接接头强度与韧性的相关性,针对Ⅰ型断裂,论文提出两种可能会抑制裂纹扩展的方法:胶层分布式局部增强和粘接面结构化。首先采用内聚力模型模拟胶层进行仿真研究,验证... 

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第1章 绪论
    1.1 研究背景与选题意义
        1.1.1 车身轻量化设计对连接技术的挑战
        1.1.2 胶粘连接在汽车制造中应用现状
        1.1.3 论文选题意义
    1.2 胶粘连接增强增韧研究现状
        1.2.1 胶层断裂表征参数
        1.2.2 Ⅰ型断裂时裂纹的扩展行为
        1.2.3 胶粘界面增强增韧设计
        1.2.4 胶层内增强增韧设计
    1.3 胶粘连接有限元模拟研究现状
        1.3.1 界面内聚力模型
        1.3.2 精细化实体模型
        1.3.3 宏观模型与细观模型的联系
    1.4 论文研究内容
        1.4.1 论文研究目标
        1.4.2 论文各章简介
第2章 胶粘连接断裂试验研究
    2.1 本章引言
    2.2 试验材料
        2.2.1 结构胶粘剂
        2.2.2 粘接基材
    2.3 不同加载模式下断裂试验研究
        2.3.1 Arcan多角度加载试验
        2.3.2 试件制备与试验方法
        2.3.3 加载模式对胶粘连接强度与韧性的影响
        2.3.4 胶层裂纹起始与扩展分析
    2.4 胶粘连接Ⅰ型断裂试验研究
        2.4.1 双悬臂梁试件制备及力学试验
        2.4.2 裂纹稳定扩展时断裂参数的标定
        2.4.3 裂纹不稳定扩展时断裂参数的标定
        2.4.4 裂纹不稳定扩展行为分析
    2.5 胶粘连接Ⅱ型断裂试验研究
        2.5.1 单端切口挠曲试件制备及力学试验
        2.5.2 断裂失效参数的标定
    2.6 本章小结
第3章 胶粘连接断裂特性的影响因素
    3.1 本章引言
    3.2 界面内聚力模型在胶粘连接断裂模拟中的应用
        3.2.1 含界面内聚力的DCB模型
        3.2.2 界面内聚力关系
        3.2.3 内聚力模型Ⅰ型断裂参数
    3.3 裂纹不稳定扩展的机理
        3.3.1 界面断裂能变化引起裂纹不稳定扩展
        3.3.2 裂纹反复粘-滑扩展的仿真模拟
    3.4 胶层分布式局部增强
    3.5 粘接面结构化
        3.5.1 平面应变简化模型的建立
        3.5.2 界面参数的影响分析
    3.6 本章小结
第4章 两种胶粘连接增韧方法的试验验证
    4.1 本章引言
    4.2 脉冲激光处理使粘接面结构化
        4.2.1 脉冲激光器及其参数
        4.2.2 单次脉冲激光处理形成的几何形貌
        4.2.3 连续脉冲激光处理形成的结构化粘接面
        4.2.4 双悬臂梁试件制备及力学试验
        4.2.5 脉冲激光处理对胶接接头力学性能的改进
    4.3 胶层内点状分布式微钎焊
        4.3.1 钎料颗粒的选择
        4.3.2 双悬臂梁试件制备及力学试验
        4.3.3 微钎焊对胶接接头断裂韧性改进
    4.4 本章小结
第5章 胶接接头跨尺度模拟方法
    5.1 本章引言
    5.2 实体单元模型在胶接接头断裂模拟中的应用
        5.2.1 胶层材料本构模型
        5.2.2 胶层材料参数的确定
    5.3 跨尺度模拟方法
        5.3.1 宏观模型与细观模型
        5.3.2 宏观模型的定义
        5.3.3 细观模型及其周期边界的定义
        5.3.4 细观模型向宏观模型的参数传递
    5.4 微钎焊胶接接头有限元模型
        5.4.1 非均质模型的构成
        5.4.2 RVE模型的建立
    5.5 二维周期边界模型
        5.5.1 模型边界条件
        5.5.2 界面断裂参数的影响分析
    5.6 一维周期边界模型
        5.6.1 模型边界条件
        5.6.2 宏观模型断裂参数的确定
        5.6.3 微钎焊对胶接接头的增韧作用
    5.7 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]胶层厚度对胶粘剂Ⅰ型断裂韧性影响试验和仿真研究[J]. 韩啸,金勇,杨鹏,李小阳,侯文彬.  机械工程学报. 2018(10)
[2]轻量化多材料汽车车身连接技术进展[J]. 李永兵,马运五,楼铭,雷海洋,林忠钦.  机械工程学报. 2016(24)
[3]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊.  中国激光. 2015(12)
[4]轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J]. 李永兵,李亚庭,楼铭,林忠钦.  机械工程学报. 2012(18)
[5]结构胶连接与现代汽车车身连接技术[J]. 杨晓军,王宇飞.  汽车与配件. 2010(37)
[6]Sn-Bi系列低温无铅焊料及其发展趋势[J]. 徐骏,胡强,林刚,张富文.  电子工艺技术. 2009(01)
[7]胶接结构和复合材料用于航空航天技术的发展[J]. 李欣,张晓妮,徐晓沐.  化学与黏合. 2006(03)

博士论文
[1]车用结构胶性能的湿热老化和恢复—现象,机理,预测[D]. 姚力.清华大学 2015
[2]纳米颗粒改性环氧树脂的断裂行为及其和纤维的界面性能研究[D]. 汤龙程.中国科学技术大学 2011



本文编号：3727211