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《膠焊接頭應(yīng)力分布的數(shù)值模擬論文》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
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焊和搭接部位上的膠層所形成的連接接頭[1-3]。點焊、膠接、膠焊技術(shù)三者的優(yōu)缺點見表1。膠焊接頭中由于存在焊點，彌補了膠接接頭高溫性能差、持久強度低、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附近應(yīng)力集中減小，接頭強度提高，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)與焊點區(qū)域的接觸，腐蝕速率顯著降低，消除了點焊搭接區(qū)的腐蝕問題，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焊接頭重量輕、靜強
2、度高(剪切強度為鉚接的340%，點焊的200%)、可靠性好的優(yōu)點，又具有膠接接頭良好的疲勞特性和密封性(可使鋁件進行陽極氧化處理而不腐蝕焊點)，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，改善氣動力學(xué)性能。這一優(yōu)點對于航空、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、有機涂層或金屬涂層鋼板(如汽車用鍍鋅鋼板)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，有相當廣闊的應(yīng)用前景，有可能實現(xiàn)用現(xiàn)有連
3、接工藝無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，隨后點焊，最后加熱固化[1-2]。具體過程為[3-6]：(1)透膠膠焊(先涂膠后點焊)先對工件點焊部位進行表面清洗處理，然后涂膠搭接，將被連接件膠接在一起，隨后在點焊機上對其進行點焊，點焊工藝參數(shù)根據(jù)所用膠粘劑不同而有所不同，最后對接頭進行固化處理。缺點在于膠粘劑層的電絕緣性對點焊工藝有不利影響，焊點附近的膠粘劑被焊接熱破壞，故應(yīng)采用導(dǎo)電膠粘劑。(2)毛細作用膠焊
4、(先點焊后注膠)71被連接板件經(jīng)表面處理后，先按通常的點焊工藝進行點焊，然后用注膠器將低粘度膠粘劑注入搭接區(qū)的邊緣，使膠粘劑通過毛細作用進入搭接縫中。膠粘劑填滿搭接縫隙后再對接頭進行固化處理。該工藝要求膠粘劑粘度低，以保證充分填滿搭接間隙。此工藝能保證快速而可靠的點焊，但注入膠粘劑價格相對昂貴,而且由于注膠不完全，最后的接頭中可能存在氣孔。受注膠量和毛細作用的限制，毛細作用膠焊不適用于大曲面的搭接件，也不適用于搭接長度過大的部件。毛細作用膠焊中焊點附近膠不會被焊接熱所破壞，這是其一大優(yōu)點，但由于其制造困難，僅限于某些特殊場合
5、使用。透膠膠焊由于其工藝簡單，可望得到廣泛的應(yīng)用。由于膠焊兼有膠接和點焊的結(jié)構(gòu)特征，機理非常復(fù)雜。膠焊技術(shù)的理論研究涉及到多個學(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理,有著相當?shù)碾y度,目前對膠焊力學(xué)性能的研究，主要采用試驗和數(shù)值模擬的方法。表1組織成分點焊、膠接和膠焊的特點比較[1-6]點焊膠接膠焊優(yōu)點采用內(nèi)部熱源，熱量集中易于實現(xiàn)機械化、自動化接頭強度高、性能穩(wěn)定成本低，經(jīng)濟性好接頭有良好的導(dǎo)電性接頭持久性優(yōu)良應(yīng)力均勻分布，無變形適于薄板連接水密性、氣密性好，防震性能好可實現(xiàn)異種材料的連接疲勞性能好
6、，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(點焊接頭有應(yīng)力集中)疲勞強度增大(較點焊)靜載強度、抗剝離能力高，抗老化，持久性能較好(較膠接)可實現(xiàn)異種材料的連接工具簡單，不需夾持具(克服了膠接缺點)具有密封性，可取消密封工序(彌補了點焊的不足)缺點存在應(yīng)力集中，疲勞強度差搭接區(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行變形校正被焊件厚度大時焊點強度低抗震動性差無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、備膠、涂膠
7、、固化等）需夾具、支撐和昂貴設(shè)備（熱壓室，平板壓力機）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(點焊不需要)需對金屬表面進行處理(膠接需要而點焊時不需要)粘接劑會污染電極，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膠焊接頭應(yīng)力分布和強度的影響，結(jié)果表明，膠焊接頭的強度隨著被粘物彈性模量的增加而增加，接頭端部的主應(yīng)力隨著膠粘劑彈性
8、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度。Samhan等建立二維膠焊有限元模型，比較點焊、膠接、膠焊三種接頭之間的應(yīng)力分布情況，并討論膠瘤對膠焊接頭的影
