膠焊接頭應(yīng)力分布的數(shù)值模擬畢業(yè)論文

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1、膠焊接頭應(yīng)力分布的數(shù)值模擬畢業(yè)論文1.1研究背景及意義膠焊接頭是指由電阻點(diǎn)焊和搭接部位上的膠層所形成的連接接頭[1-3]。點(diǎn)焊、膠接、膠焊技術(shù)三者的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。膠焊接頭中由于存在焊點(diǎn)，彌補(bǔ)了膠接接頭高溫性能差、持久強(qiáng)度低、膠層老化、性能分散性大等不足；膠焊接頭中的膠粘劑使焊點(diǎn)附近應(yīng)力集中減小，接頭強(qiáng)度提高，尤其是疲勞性能得到顯著的改善，膠層還阻止了腐蝕介質(zhì)與焊點(diǎn)區(qū)域的接觸，腐蝕速率顯著降低，消除了點(diǎn)焊搭接區(qū)的腐蝕問(wèn)題，膠粘劑還能提高接頭的噪音阻尼特性，使膠焊結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的聲學(xué)性能。這樣，膠焊接頭不僅具有點(diǎn)焊接頭重量輕、靜

2、強(qiáng)度高(剪切強(qiáng)度為鉚接的340%，點(diǎn)焊的200%)、可靠性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有膠接接頭良好的疲勞特性和密封性(可使鋁件進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理而不腐蝕焊點(diǎn))，力學(xué)性能十分優(yōu)良。同鉚接相比，膠焊結(jié)構(gòu)重量輕，接頭外形光滑，能提高飛行器外形的平滑性和氣密性，改善氣動(dòng)力學(xué)性能。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)于航空、航天工業(yè)具有重要意義[3-6]。膠焊工藝最早主要應(yīng)用于鋁合金、鈦合金、硼-鋁復(fù)合材料的連接?，F(xiàn)已用于低碳鋼、不銹鋼、有機(jī)涂層或金屬涂層鋼板(如汽車(chē)用鍍鋅鋼板)和控軋鋼板的連接。膠焊技術(shù)在異種材料的連接上應(yīng)用潛力很大，有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景，有可能實(shí)現(xiàn)用現(xiàn)

3、有連接工藝無(wú)法完成的異種材料的連接。膠焊接頭一般有兩種方式成形，一種形式先由點(diǎn)焊形成連接，隨后將膠粘劑填入接頭上的間隙中，最后加熱固化；另一種形式是先用膠粘劑膠接構(gòu)件，隨后點(diǎn)焊，最后加熱固化[1-2]。具體過(guò)程為[3-6]：(1)透膠膠焊(先涂膠后點(diǎn)焊)先對(duì)工件點(diǎn)焊部位進(jìn)行表面清洗處理，然后涂膠搭接，將被連接件膠接在一起，隨后在點(diǎn)焊機(jī)上對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)焊，點(diǎn)焊工藝參數(shù)根據(jù)所用膠粘劑不同而有所不同，最后對(duì)接頭進(jìn)行固化處理。缺點(diǎn)在于膠粘劑層的電絕緣性對(duì)點(diǎn)焊工藝有不利影響，焊點(diǎn)附近的膠粘劑被焊接熱破壞，故應(yīng)采用導(dǎo)電膠粘劑。(2)毛細(xì)作

4、用膠焊(先點(diǎn)焊后注膠)71被連接板件經(jīng)表面處理后，先按通常的點(diǎn)焊工藝進(jìn)行點(diǎn)焊，然后用注膠器將低粘度膠粘劑注入搭接區(qū)的邊緣，使膠粘劑通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入搭接縫中。膠粘劑填滿(mǎn)搭接縫隙后再對(duì)接頭進(jìn)行固化處理。該工藝要求膠粘劑粘度低，以保證充分填滿(mǎn)搭接間隙。此工藝能保證快速而可靠的點(diǎn)焊，但注入膠粘劑價(jià)格相對(duì)昂貴,而且由于注膠不完全，最后的接頭中可能存在氣孔。受注膠量和毛細(xì)作用的限制，毛細(xì)作用膠焊不適用于大曲面的搭接件，也不適用于搭接長(zhǎng)度過(guò)大的部件。毛細(xì)作用膠焊中焊點(diǎn)附近膠不會(huì)被焊接熱所破壞，這是其一大優(yōu)點(diǎn)，但由于其制造困難，僅限于某些

5、特殊場(chǎng)合使用。透膠膠焊由于其工藝簡(jiǎn)單，可望得到廣泛的應(yīng)用。由于膠焊兼有膠接和點(diǎn)焊的結(jié)構(gòu)特征，機(jī)理非常復(fù)雜。膠焊技術(shù)的理論研究涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域,如不同介質(zhì)的界面力學(xué)、薄膜力學(xué)及高分子合成物的破壞機(jī)理,有著相當(dāng)?shù)碾y度,目前對(duì)膠焊力學(xué)性能的研究，主要采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法。表1組織成分點(diǎn)焊、膠接和膠焊的特點(diǎn)比較[1-6]點(diǎn)焊膠接膠焊優(yōu)點(diǎn)采用內(nèi)部熱源，熱量集中易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化接頭強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定成本低，經(jīng)濟(jì)性好接頭有良好的導(dǎo)電性接頭持久性?xún)?yōu)良應(yīng)力均勻分布，無(wú)變形適于薄板連接水密性、氣密性好，防震性能好可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接

6、疲勞性能好，被粘物性能不變電、熱絕緣性好，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕應(yīng)力分布均勻(點(diǎn)焊接頭有應(yīng)力集中)疲勞強(qiáng)度增大(較點(diǎn)焊)靜載強(qiáng)度、抗剝離能力高，抗老化，持久性能較好(較膠接)可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接工具簡(jiǎn)單，不需夾持具(克服了膠接缺點(diǎn))具有密封性，可取消密封工序(彌補(bǔ)了點(diǎn)焊的不足)缺點(diǎn)存在應(yīng)力集中，疲勞強(qiáng)度差搭接區(qū)內(nèi)表面存在腐蝕現(xiàn)象焊接熱使被焊件性能改變需進(jìn)行變形校正被焊件厚度大時(shí)焊點(diǎn)強(qiáng)度低抗震動(dòng)性差無(wú)密封性不適于異種材料的連接耐熱性能差（250-300）膠層老化，持久性能差抗沖擊、抗剝離強(qiáng)度低性能不穩(wěn)定，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性差工序復(fù)雜（表面處理

7、、備膠、涂膠、固化等）需夾具、支撐和昂貴設(shè)備（熱壓室，平板壓力機(jī)）受設(shè)備尺寸限制，不用于大型構(gòu)件的連接成本高，膠粘劑需具有導(dǎo)電性(點(diǎn)焊不需要)需對(duì)金屬表面進(jìn)行處理(膠接需要而點(diǎn)焊時(shí)不需要)粘接劑會(huì)污染電極，揮發(fā)物污染工作環(huán)境粘接劑硬化需隨焊接電流的變化而變化(液態(tài)反應(yīng)型膠粘劑)711.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1膠焊接頭應(yīng)力分布影響的研究現(xiàn)狀在膠焊接頭的研究方面，Darwish等[7,8]利用有限元法研究了膠粘劑的彈性模量對(duì)膠焊接頭應(yīng)力分布和強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，膠焊接頭的強(qiáng)度隨著被粘物彈性模量的增加而增加，接頭端部的主應(yīng)力

8、隨著膠粘劑彈性模量的增加而增加，接頭端部的最大應(yīng)力隨著被粘物厚度差的增加而增加，在膠焊接頭中，楊氏模量低的膠粘劑與厚度差盡可能大的被粘物搭配較好，采用楊氏模量低的膠粘劑，可以提高膠焊接頭的強(qiáng)度。Samhan等建立二維膠焊有限元模型，比較點(diǎn)焊、膠接、膠焊三種接頭之間的應(yīng)力分布情況，并討論膠瘤對(duì)膠焊接頭的影