【正文】 12150153045(b) Hup=12 =3Pel str Sy(MPa)Distance from the dg (m)036912102030(c) Hup=12 =3Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 0369121530456075(d) Hup=12 =3st princial stre S1 (MPa)Distance from the dg (m)0369121530456075(e) Hup=12 =3von Mise quivalent sr Seqv (MPa)Distance from the dg (m)圖 上被粘物厚度變化對(duì)搭接區(qū)中心應(yīng)力分布的影響(a)正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c)剪切應(yīng)力 Sxy。 (d)第一主應(yīng)力 S1。 (e)等效應(yīng)力 Seqv03691208162432(a) Hdown=12 =3Normal stre Sx (MPa)Distance from the dg (m) 03691214014284256(b) Hdown=12 =3Pel str Sy (MPa)Distance from the dg (m)03691209182736(c) Hdown=12 =3Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 0369121632486480(d) Hdown=12 =3st princial stre S1 (MPa)Distance from the dg (m)0369121632486480(e) Hdown=12 =3von Mise quivalent sr Seqv (MPa)Distance from the dg (m)圖 下被粘物厚度變化對(duì)搭接區(qū)中心應(yīng)力分布的影響(a) 正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c) 剪切應(yīng)力 Sxy。 (d) 第一主應(yīng)力 S1。 (e) 等效應(yīng)力 Seqv由圖 可以看出，被粘物厚度變化對(duì)膠焊接頭應(yīng)力分布影響比較顯著，但是上、下板厚改變對(duì)應(yīng)力分布影響不一樣。隨著上被粘物厚度增加，膠層中心應(yīng)力分布先減小后增大（在端部處是逐漸減小，在靠近焊核附近是逐漸增大） ，在焊核內(nèi)部中心的應(yīng)力大?。ǔ魬?yīng)力外）是逐漸減小的，但是變化幅度不大。特別地，對(duì)于 H=1mm 時(shí)，各應(yīng)力分量峰值明顯高于其他情況。由 H=1mm 至 H=2mm 應(yīng)力峰值大大減低（其中，正應(yīng)力由 下降至 ，相對(duì)于 H=2mm 時(shí)下降了 %；剪應(yīng)力大小由 下降至 ，下降了 %；剝離應(yīng)力由 下降至 ，下降了 %；第一主應(yīng)力由 下降至 ，下降了 %；等效應(yīng)力由 下降至 ，下降了 %） 。但是在焊核中心的剪切應(yīng)力隨著板厚增加而升高。隨著下被粘物厚度增加，膠層中心應(yīng)力分量是逐漸增大，在焊核內(nèi)部中心的應(yīng)力大小（除剝離應(yīng)力外）是也逐漸增大的。焊核承載增加，提高接頭整體承載能力。H=3mm 時(shí)各應(yīng)力分量峰值大小相對(duì)于 H=1mm 時(shí)顯著升高，其中，正應(yīng)力由 升高至 ，相對(duì)于 H=1mm 時(shí)升高了 %；剪切應(yīng)力由 升高至 ，升高了 %；剝離應(yīng)力應(yīng)力由 升高至，升高了 %；第一主應(yīng)力由 升高至 ，升高了%；等效應(yīng)力由 升高至 ，升高了 %。特別地，在圖，(a)和(b)中在焊核左側(cè)的膠層局部區(qū)域正應(yīng)力和剝離應(yīng)力卻隨著板厚的增大而升高，但幅度不大。由以上分析可知，被粘物板厚變化對(duì)接頭膠層中心部位應(yīng)力分布影響顯著，隨著上下被粘物中心線距離的減少，應(yīng)力分布越均勻，應(yīng)力峰值越小，更有利于提高接頭整體承載能力。036912501015020(a) Hup=12 =3Normal stre Sx(MPa)Distance from the dg (m) 03691216016324864(b) Hup=12 =3Pel str Sy(MPa)Distance from the dg (m)0369127142128(c) Hup=12 =3Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 036912501015020(d) Hup=12 =31st princal stre S(MPa)Distance from the dg (m)0369123570105140175(e) Hup=12 =3von Mise quivalent sr Seqv (MPa) Distance from the dg (m)圖 上被粘物厚度變化對(duì)被粘物應(yīng)力分布的影響(a) 正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c) 剪切應(yīng)力 Sxy。 (d) 第一主應(yīng)力 S1。 (e) 等效應(yīng)力 Seqv036912501015020(a) Hdown=12 =3Normal stre Sx(MPa)Distance from the dg (m) 03691220204060(b) Hdown=12 =3Pel str Sy(MPa)Distance from the dg (m)0369128162432(c) Hdown=12 =3Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 036912501015020(d) Hdown=12 =31st princal stre S(MPa)Distance from the dg (m)0369124080120220(e) Hdown=12 =3von Mise quivalent sr Seqv (MPa)Distance from the dg (m)圖 下被粘物厚度變化對(duì)被粘物應(yīng)力分布的影響(a) 正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c) 剪切應(yīng)力 Sxy。 (d) 第一主應(yīng)力 S1。 (e) 等效應(yīng)力 Seqv由圖 和圖 可以看出，被粘物厚度變化對(duì)界面處被粘物處應(yīng)力分布影響與對(duì)膠層中應(yīng)力分布的作用相似。上被粘物厚度變化的影響較下被粘物厚度變化顯著。隨著上被粘物厚度的增加，各應(yīng)力分量峰值減?。ǔ羟袘?yīng)力在搭接區(qū)左側(cè)（包括焊核左側(cè)）隨著厚度增大而增大，但是變化范圍不大。 ） ，應(yīng)力分布均勻。被粘物板厚變化對(duì)接頭應(yīng)力分布影響的原因是由于隨著板厚的變化，偏心距離（其中 為標(biāo)準(zhǔn)被粘物厚度， 為膠粘劑的厚度。 ）隨之發(fā)生變化，2)(???tet?在外載荷 作用下，兩被粘物所傳遞的力未作用在一條線上，進(jìn)而改變搭接區(qū)所受p的偏心彎矩 [25,93,94]從而改變接頭中各應(yīng)力分量)1(2)(?kkM彎 矩 系 數(shù)的分布。并且，在外載荷相同的情況下，隨著偏心距離的減少，接頭受到的偏心距越小，因彎矩作用引起的應(yīng)力分量就越小。因此被粘物厚度向有利于減小偏心距離方向變化，就有利于應(yīng)力峰值的減小，應(yīng)力分布均勻。由于在本文模型中上被粘物是被約束的，下被粘物則是承載部位，故下被粘物厚度變化對(duì)接頭應(yīng)力分布影響更顯著。 預(yù)偏角對(duì)膠焊接頭應(yīng)力分布影響由于單搭接接頭在拉伸載荷作用下，載荷作用不共線造成比較大的彎矩而引起被粘物的彎曲和搭接部位的轉(zhuǎn)動(dòng)，致使膠層內(nèi)除有平行于外力的剪切應(yīng)力外，還有彎矩引起的垂直膠面的剝離應(yīng)力 [25,93]。因此本課題組提出預(yù)偏轉(zhuǎn)單搭接接頭意在減少彎矩，減低剪切應(yīng)力和剝離應(yīng)力。 有限元模型在 節(jié)圖 基礎(chǔ)上，對(duì)搭接區(qū)進(jìn)行預(yù)偏轉(zhuǎn)不同角度，研究不同角度（考慮0176。（即標(biāo)準(zhǔn)接頭） 、3176。、 6176。、9176。、12176。等五種情況）對(duì)接頭應(yīng)力分布的影響規(guī)律。被粘物采用 LY12 鋁合金制備，膠粘劑為酚醛樹脂結(jié)構(gòu)膠。搭接區(qū)有限元網(wǎng)格如圖 所示。搭接區(qū)模型及路徑定義如圖 ，圖 所示。1 0 0abP12.5A d h e r e n dA d h e r e n dA d h e s i v eN u g g e tαxy圖 有預(yù)偏角單搭接膠焊接頭示意圖p a t h 212.5Adherendxy0N u g g e tA d h e s i v eAdherendp a t h 1α圖 搭接區(qū)局部路徑定義圖 結(jié)果分析及討論0369120222030(a) 03 609 120Normal stre Sx(MPa)Distance from the dg (m) 0369121501530(b) 03 609 120Pel str Sy(MPa)Distance from the dg (m)03691207142128(c) 03 609 120Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 036912022243648(d) 03 609 120st princial stre S1(MPa)Distance from the dg (m)03691212243648(e) 03 609 120von Mise quivalent sr Seqv (MPa)Distance from the dg (m)圖 預(yù)偏角度對(duì)搭接區(qū)中心應(yīng)力分布的影響(a) 正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c) 剪切應(yīng)力 Sxy。 (d) 第一主應(yīng)力 S1。 (e) 等效應(yīng)力 Seqv圖 為預(yù)偏角對(duì)膠焊接頭搭接區(qū)中心線處應(yīng)力分布的影響。由圖可以看到：各應(yīng)力分布在搭接區(qū)邊緣和焊點(diǎn)邊緣存在較高的應(yīng)力峰值，并且應(yīng)力呈對(duì)稱分布。隨著預(yù)偏角的增大，各應(yīng)力峰值的絕對(duì)值明顯下降，且焊點(diǎn)中心應(yīng)力有所提高。接頭搭接區(qū)應(yīng)力分布區(qū)域均勻，整體承載能力提高。除剝離應(yīng)力 Sy 外，焊點(diǎn)處其他各應(yīng)力分量均上升，這是由于預(yù)偏角增大，減小了由于不同軸造成的偏心距作用，使焊點(diǎn)承受更大載荷，有利于接頭的承載能力的提高。另外預(yù)偏角增大，提高了焊點(diǎn)兩端膠層應(yīng)力，顯著降低搭接區(qū)端部應(yīng)力峰值。即同軸接頭使得應(yīng)力從端部向搭接區(qū)中部轉(zhuǎn)移，使得應(yīng)力分布均勻化。03691204080120220(a) 03 609 120Normal stre Sx(MPa)Distance from the dg (m) 036912202204060(b) 03 609 120Pel str Sy(MPa)Distance from the dg (m)036912606121824(c) 03 609 120Shear st Sxy (MPa)Distance from the dg (m) 0369120510165(d) 03 609 1201st princal stre S(MPa)Distance from the dg (m)03691204590135180(e) 03 609 120von Mise quivalent sr Seqv (MPa)Distance from the dg (m)圖 預(yù)偏角對(duì)被粘物應(yīng)力分布的影響(a) 正應(yīng)力 Sx。 (b) 剝離應(yīng)力 Sy。 (c) 剪切應(yīng)力 Sxy。 (d) 第一主應(yīng)力 S1。 (e) 等效應(yīng)力 Seqv圖 為預(yù)偏角對(duì)膠焊接頭界面附近下被粘物處（界面下方 ）應(yīng)力分布的影響。由圖可以看出：正應(yīng)力 SX、第一主應(yīng)力 S1 和等效應(yīng)力 SEQV 分布趨勢(shì)比較類似，隨著預(yù)偏角的增大，各應(yīng)力峰值顯著減低，端部處應(yīng)力值有不同程度降低（在焊點(diǎn)右邊端部效果好于左邊） ，使應(yīng)力分布更均勻。但是界面處焊點(diǎn)內(nèi)部的各應(yīng)力分量卻有小幅度的增大。對(duì)于剝離應(yīng)力 Sy 和剪切應(yīng)力 Sxy 的絕對(duì)值（預(yù)偏角對(duì)剪切應(yīng)力 Sxy 作用效果比較更明顯） ，隨著預(yù)偏角的增大，在搭接區(qū)兩端處應(yīng)力明顯下降，在焊點(diǎn)兩側(cè)附近應(yīng)力卻有小幅上升?？傮w趨勢(shì)逐漸趨于均勻。 本章小結(jié)本文在相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上建立了二維膠焊單搭接接頭有限元模型，并對(duì)膠焊接頭在靜載作用下，考察了膠粘劑和被粘物性質(zhì)對(duì)膠層中心及膠粘劑被粘物界面附近被粘物應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了研究。1) 膠粘劑彈性模量對(duì)膠層中的應(yīng)力分布有顯著影響，隨膠粘劑彈性模量的增高，搭接區(qū)端部附近膠層中心的應(yīng)力峰值上升，接頭從焊點(diǎn)承載為主向轉(zhuǎn)變?yōu)槟z層也承受較多的外載。緊鄰膠接界面的被粘物側(cè)和焊點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力分布均有顯著變化，應(yīng)力峰值顯著降低，有利于提高疲勞強(qiáng)度。綜合考慮到彈性模量增加時(shí)所引起的應(yīng)力峰值在搭接區(qū)端部附近的上升和在膠層焊點(diǎn)邊緣及對(duì)應(yīng)于焊點(diǎn)中心點(diǎn)除的下降幅度，建議選用彈性模量適中的膠粘劑以提高其承載能力。2）混合膠粘劑對(duì)膠焊接頭作用顯著，特別是低彈性模量膠粘劑端焊點(diǎn)邊緣和膠層端部。除正應(yīng)力 Sx 外，隨著膠粘劑彈性模量減小，在低彈性模量處應(yīng)力顯著增大，特別是焊點(diǎn)端部，而膠層端部應(yīng)力則逐漸下降。并且隨著兩種膠粘劑彈性模量差別愈大，應(yīng)力變化幅度越大。而在高彈性模量處幾乎沒有影響?；旌夏z粘劑對(duì)被粘物處應(yīng)力分布影響與對(duì)搭接區(qū)中心應(yīng)力分布影響類似。但是對(duì)應(yīng)力峰值影響更明顯，出現(xiàn)次應(yīng)力峰值，特別是剪切應(yīng)力 Sxy。綜合考慮混合膠粘劑對(duì)膠焊接頭應(yīng)力分布的影響，為了提高接頭整體強(qiáng)度和承載能力，建議采用模量應(yīng)相差適中的組合。3）上下被粘物厚度不一致，使得搭接區(qū)中心以及被粘物界面處應(yīng)力分布不對(duì)稱，其中搭接區(qū)中心出現(xiàn)了應(yīng)力峰值左高右低的分布狀況。當(dāng)上被粘物厚度變化時(shí)，焊點(diǎn)處應(yīng)力峰值出現(xiàn)左高右低，但當(dāng)下被粘物厚度變化時(shí)，焊點(diǎn)應(yīng)力峰值卻出現(xiàn)右高左低。隨著上下被粘物厚度差別增大，各應(yīng)力分量總體趨勢(shì)是增大。并且下被粘物