高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化

发布时间：2017-05-21 13:16

  本文关键词：高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：采用高强钢、铝镁合金等轻量化材料并遴选适合的连接工艺,对于保证连接接头的强度及其车身制造质量具有重要研究意义和工程实用价值。伴随胶粘剂的快速发展,并因其应力分布均匀、抗疲劳性能好、防腐性能好等优点,结构胶接技术已在国内外汽车制造企业的众多主流车型上得到推广应用。然而,如何使结构胶接强度满足制造质量要求,并建立统一的胶接接头强度评价标准,是目前汽车制造企业和学术界共同关注的主要问题之一。在目前的车身装配制造过程中,普遍使用的胶接强度评价指标是接头拉剪强度。但胶层属性、胶层厚度、胶层宽度、钢板属性、钢板厚度等多因素变化,都会对胶层的内部应力分布及接头拉剪强度造成明显影响。然而,目前的研究较多集中在单一因素变化对接头拉剪强度的影响,仍缺少有效的模型和方法量化评价胶层和钢板的材料/几何等工艺参数共同作用对接头拉剪强度的影响。针对上述问题,本文以双相钢单搭胶接接头为研究对象,采用有限元数值仿真,研究单搭胶接接头拉剪过程中的应力分布规律,分析胶层和钢板的材料/几何等工艺参数对胶层应力的影响,获得了不同工艺参数下的胶接接头拉剪强度,并进行了试验验证。采用实验设计等方法,建立了胶层和钢板的材料/几何等工艺参数与接头拉剪强度的响应面模型,分析了工艺参数对胶接接头拉剪强度的影响,并进行了工艺参数优化设计。本文的主要研究内容及结论如下:1)胶接接头拉剪过程有限元仿真研究通过建立单搭胶接接头的有限元模型,分析了拉剪过程中胶层与钢板间的应力分布规律,并研究了胶接工艺参数对拉剪过程中胶层中应力大小和接头拉剪强度的影响,结果表明:胶接接头拉剪过程中,胶层会同时受到剪应力和剥离应力(正应力)的作用,胶层和钢板的力学性能和几何参数均对胶接接头拉剪强度有影响,其中,钢板和胶层的屈服强度降低,胶层厚度增加会使接头能够承受的最大拉剪力下降;钢板厚度/胶层宽度增加会使接头能够承受的最大拉剪力上升。2)胶接接头拉剪强度的实验研究通过胶接接头准静态拉剪实验,研究了胶接工艺参数,如胶层宽度、厚度、被连接钢板屈服强度、厚度等参数对胶接接头拉剪强度的影响,结果表明:胶层宽度对胶接接头能够承受的最大拉剪力有明显影响,胶层宽度越宽,拉剪力越大。胶层厚度对胶接接头拉剪强度有明显影响。钢板的屈服强度越高,厚度越大,胶接接头的拉剪力越大。3)胶接工艺参数与拉剪强度的响应面模型通过响应面试验设计方法,将影响胶接接头强度的各项工艺参数:胶层和母材的力学性能、几何尺寸等进行了因子分析和实验设计,并建立了二次响应面回归模型;采用序列二次规划(sqp)算法,对各项工艺参数进行了相应的优化。结果表明:胶层宽度、胶层厚度、钢板厚度是影响胶接接头最大拉剪力的主要因素。胶层宽度增加、厚度减小均会使胶接接头拉剪力增加;钢板厚度存在一个最佳临界值,使胶接接头拉剪力最大,而该临界值的大小会同时受到其他因素的影响。在所选参数范围内,综合考虑各项工艺参数,优化结果为:胶层宽度18mm,胶层屈服强度29.4MPa,胶层厚度0.125mm,钢板屈服强度897MPa,钢板厚度2.112mm。
【关键词】：结构胶接 有限元仿真 拉剪强度 响应面
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.82;TG49
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题的研究背景及意义12-13
• 1.2 单搭胶接接头拉剪强度的研究现状13-20
• 1.2.1 接头拉剪过程的理论建模研究13-16
• 1.2.2 接头拉剪过程的数值仿真研究16-19
• 1.2.3 接头拉剪强度的预测及影响因素研究19-20
• 1.2.4 小结20
• 1.3 本文的研究内容和章节安排20-22
• 第二章 胶接接头拉剪过程的数值仿真及应力分析22-51
• 2.1 引言22
• 2.2 单搭胶接接头应力分布理论分析22-27
• 2.3 单搭胶接接头的数值仿真建模27-31
• 2.3.1 物理模型和模型假设27-28
• 2.3.2 网格划分和接触定义28-29
• 2.3.4 边界条件和材料属性29-30
• 2.3.5 胶层失效断裂准则30-31
• 2.4 仿真结果分析及实验验证31-39
• 2.4.1 数值仿真结果31-38
• 2.4.2 实验验证38-39
• 2.5 不同胶层/钢板属性变化的胶层应力变化39-49
• 2.6 小结49-51
• 第三章 胶层/钢板属性对接头拉剪强度影响的试验研究51-64
• 3.1 引言51
• 3.2 实验系统搭建51-54
• 3.2.1 实验材料51-52
• 3.2.2 实验设备及流程52-54
• 3.3 工艺参数对胶接接头拉剪性能影响分析54-62
• 3.3.1 胶层宽度54-56
• 3.3.2 胶层厚度56-58
• 3.3.3 钢板强度58-61
• 3.3.4 钢板厚度61-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 基于响应面法的结构胶胶接工艺参数优化64-80
• 4.1 引言64
• 4.2 响应面模型的建立64-71
• 4.2.1 响应面设计方法64-65
• 4.2.2 实验因子设计65-66
• 4.2.3 响应面模型的建立和统计规律检验66-71
• 4.3 基于响应面模型的综合分析71-77
• 4.3.1 参数权重分析71-73
• 4.3.2 工艺参数影响度拆分73-77
• 4.4 工艺优化设计77-78
• 4.5 本章小结78-80
• 第五章 总结与展望80-83
• 5.1 主要研究内容及结论80-81
• 5.2 本文的不足之处与研究展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 攻读学位期间的学术成果88-90

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 A.C.弗列依金;王庆和;;预测动力胶接接头持久功能的现代方法[J];粘接;1981年03期

2 陆关兴;;第十二章 胶接接头设计[J];粘接;1986年04期

3 殷勇,涂善东;胶接接头力学研究回顾[J];化工机械;2001年04期

4 徐修祝,涂善东,徐思浩;胶接接头断裂及相关断裂准则探讨[J];石油化工设备;2005年03期

5 李智;游敏;丰平;;胶接接头界面理论及其表面处理技术研究进展[J];材料导报;2006年10期

6 高岩磊;崔文广;熊金平;;环氧胶接接头在水中的老化行为研究[J];化工新型材料;2007年10期

7 赵波;;刚度非平衡胶接接头的二维应力分析[J];工程力学;2008年12期

8 PAUL LUDWIG GEISS;蔡荣欣;;胶接接头在静态负载条件下的蠕变和松弛行为[J];中国胶粘剂;2008年03期

9 沃西源;涂彬;夏英伟;房海军;;复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析[J];航天返回与遥感;2008年01期

10 孙德新;;同轴单搭接胶接接头应力分布的探讨[J];粘接;2008年07期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 郑祥明;胶接接头强度及环境退化的超声波无损定征[D];北京工业大学;2003年

2 韩啸;胶接接头湿热环境耐久性试验与建模研究[D];大连理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 聂光磊;胶接接头的湿热环境老化特性研究[D];大连理工大学;2015年

2 杨飒;高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化[D];上海交通大学;2015年

3 顾锦祥;单搭接胶接接头的动力学研究[D];大连理工大学;2012年

4 李智;胶接接头动态应力分布的数值分析[D];三峡大学;2008年

5 孔凡荣;劈裂载荷作用下金属胶接接头中应力分布的数值分析[D];三峡大学;2004年

6 刘凯;端部受冲击的胶接接头应力响应分析[D];三峡大学;2013年

7 朱定锋;胶接接头残余热应力分布的数值研究[D];三峡大学;2010年

8 庞博;T型搭接胶接接头循环温度场对其强度的影响[D];大连理工大学;2014年

9 严沾谋;搭接区非标准的胶接接头应力分布研究[D];三峡大学;2007年

10 范杰;发动机控制器的封装胶接层耐久性研究[D];上海交通大学;2012年

  本文关键词：高强钢胶接接头拉剪强度的数值分析及工艺参数优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：383764