近年來,用于汽車車身的材料種類越來越多,從傳統的金屬到塑料再到現在的新型復合材料,材料的多樣性賦予汽車設計更多的空間,但因為不同材料之間的組分不同造成其力學性能等方面也各不相同,同時,隨著模塊化、一體成型等工藝日漸成熟,汽車零件和緊固件數量大大降低,部件之間通常需要安排的一些接口,并通過各種連接技術實現連接。因此,使同種或者異種材料的連接方式得到了更加嚴峻的挑戰(zhàn)。傳統的連接技術,如焊接、鉚接和螺栓等在實際工程中容易出現應力集中等缺點,因此,粘膠連接因運而生,因具有光滑的氣動外形和消除用力集中等特點在異種材料連接中占有重要地位。本文就玻纖增強復合材料在汽車連接中的應用,針對粘膠連接,采用三維損傷退化及失效理論,利用有限元軟件ABAQUS,對單搭接膠接連接的不同幾何參數進行了參數化建模,研究了各幾何參數對膠接接頭連接強度的影響。具體內容如下:1.對粘膠的連接機理、工藝流程進行了研究分析,并對粘膠接頭的類型以及失效形式進行了介紹,保證了膠接接頭的正確使用和最佳的工藝數據,為預測接頭強度建立了理論基礎。2.進行了玻纖增強復合材料的拉伸試驗,得到了樣件的應力應變曲線和材料的基本參數,基于復合材料結構理論、Hashin失效準則和剛度退化理論,針對復合材料的失效形式,如纖維拉伸(壓縮)失效、基體拉伸(壓縮)開裂、基纖剪切等,提出一種新的基于材料參數的映射方法,得到復合材料的等效性能。3.建立復合材料膠接連接三維模型,以內聚力單元模擬膠層單元,基于二次應力準則對應的損傷起始判據對膠層單元進行損傷起始判別,最后結合損傷演化規(guī)律求出膠接結構強度,將仿真分析結果與實驗結果對比,驗證了分析模型的準確性。再用相同的分析方法研究不同因素對膠接接頭強度的影響,結果表明:(1)當復合材料膠接接頭兩段剛度對稱時,膠接接頭的強度隨著膠層厚度、搭接長度及寬度的增加呈加強趨勢,因為這些因素都直接或者間接地影響到了接頭的粘接面積,而且當單獨增加膠層厚度或者搭接長度的時候,膠層厚度使得失效載荷的增幅的增加比增加搭接長度使失效載荷的增幅大,即增加膠層厚度提高接頭強度效果更加顯著。但實際應用中應合理選擇膠層參數以免缺陷的產生。(2)當膠接接頭兩端剛度不對稱時,膠接接頭的強度由屈服強度相對較弱一端的母材決定,在復合材料需要和其他材料連接時,可考慮增加被連接材料的剛度來提升接頭的強度,但由于剛度差異太大可能增加膠層失效的危險,因此在滿足連接要求的前提下,應使接頭兩端母材的剛度盡量接近。4.研究了各幾何參數對接頭連接強度的影響程度,采用田口實驗設計方法篩選了最少的實驗次數,并通過性噪比分析得到各幾何參數對接頭連接強度的影響程度和趨勢。根據分析結果表明:各幾何參數對膠接接頭力學性能影響程度由大到小最大的參數依次為膠層厚度、膠層寬度、搭接長度。
【學位單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U465.6
【部分圖文】：

料的連接成為評判連接方法優(yōu)劣的重要評判標準。（3）有效降低應力集中現象，從而延長接頭的使用期限，同時由于應力分布均勻，使得膠層中裂紋擴展較慢。圖2.2和圖2.3分別展示了膠接連接與傳統連接在應力集中和疲勞性能中的表現。圖2.2 膠接與點焊連接的接頭應力分布對比圖圖2.3 不同接頭的動態(tài)疲勞特性（4）光滑的接頭表面使得車身具有較好的氣動性能，提升汽車的整體性能。（5）由于不使用鉚釘、螺栓從而簡化了結構，同時由于膠接件受力較均勻，因此可增大薄壁件的使用，模塊化更容易實現，在汽車車身輕量化上有極高的價值。（6）膠接技術工藝要求相對簡單，操作更容易，易于實現自動化、模塊化，降低制造和維修的成本。同時與大部分傳統連接技術都能兼容。在保證車身剛度的前提下減少焊點數量。

料的連接成為評判連接方法優(yōu)劣的重要評判標準。（3）有效降低應力集中現象，從而延長接頭的使用期限，同時由于應力分布均勻，使得膠層中裂紋擴展較慢。圖2.2和圖2.3分別展示了膠接連接與傳統連接在應力集中和疲勞性能中的表現。圖2.2 膠接與點焊連接的接頭應力分布對比圖圖2.3 不同接頭的動態(tài)疲勞特性（4）光滑的接頭表面使得車身具有較好的氣動性能，提升汽車的整體性能。（5）由于不使用鉚釘、螺栓從而簡化了結構，同時由于膠接件受力較均勻，因此可增大薄壁件的使用，模塊化更容易實現，在汽車車身輕量化上有極高的價值。（6）膠接技術工藝要求相對簡單，操作更容易，易于實現自動化、模塊化，降低制造和維修的成本。同時與大部分傳統連接技術都能兼容。在保證車身剛度的前提下減少焊點數量。

碩士學位論文9圖2.4 膠接連接對白車身扭轉剛度的影響目前，幾大領先的車企已經開始嘗試使用大面積膠接連接技術，如克萊斯勒S型轎車使用了超過10m的結構膠，新Audi A6L的車身和Land Rover的前保險杠及尾翼處都大量使用了膠接連接。相信膠接連接在汽車工業(yè)中的運用將會愈來愈成功。（a）粘膠連接在車身地板上的應用 （b）粘接連接在B柱上的應用圖2.5 結構膠在汽車上的應用當然，膠接技術也存在不足：1.由于粘膠劑的組成成分，連接強度遠低于金屬材料；2.使用環(huán)境的限制，耐高溫性較差，耐高溫膠粘劑還有待深入研究；3.連接材料的范圍沒有傳統連接方式的廣泛。以上缺陷，在一定程度上限制了膠接連接的應用范圍。綜上所述，我們在膠接技術的使用中應盡量揚長避短，完善經驗，豐富理論，為膠接連接技術在汽車工業(yè)中的廣泛應用開辟更廣闊的道路。2.2 膠接連接的基本理論膠接是主要靠膠粘劑的粘附作用將被粘物連接在一起
【參考文獻】

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1 范子杰;桂良進;蘇瑞意;;汽車輕量化技術的研究與進展[J];汽車安全與節(jié)能學報;2014年01期

2 陳仁杰;闞海東;;霧霾污染與人體健康[J];自然雜志;2013年05期

3 韓嘯;李偉東;胡平;;非平衡膠接接頭循環(huán)溫度場強度退化研究[J];機械工程學報;2012年18期

4 張阿盈;;復合材料膠接搭接接頭應力分析方法研究[J];航空工程進展;2012年02期

5 李永勝;王緯波;;復合材料板與鋼板膠接、螺接與混合對接接頭的力學特性研究(英文)[J];船舶力學;2011年09期

6 楊小輝;胡坤鏡;趙寧;李靜;;內聚力界面單元在膠接接頭分層仿真中的應用[J];計算機仿真;2010年10期

7 李慧敏;朱西產;;車用結構膠有限元模型方法的分析與比較[J];汽車工程師;2009年11期

8 陳列;熊峻江;程澤林;;復合材料單搭接頭的剪切強度對比實驗研究[J];材料工程;2009年11期

9 趙波;呂振華;;單搭接膠接接頭彈性應力的二維分析方法[J];應用力學學報;2009年03期

10 趙波;;剛度非平衡膠接接頭的二維應力分析[J];工程力學;2008年12期

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1 嚴筱;低碳交通背景下中國新能源汽車的市場擴散研究[D];中國地質大學;2016年

本文編號：2877170