【摘要】：隨著輕量化設(shè)計(jì)的發(fā)展,鋁合金、鎂合金和碳纖維復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用,傳統(tǒng)的機(jī)械連接方法在應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中、材料局部變形(化學(xué)、物理)等問(wèn)題。高分子材料結(jié)構(gòu)粘接劑的誕生,為獨(dú)特的連接技術(shù)-粘接帶來(lái)了新的活力,在實(shí)際工程應(yīng)用中結(jié)合使用粘接,可以彌補(bǔ)以上缺陷,同時(shí)憑借其他優(yōu)點(diǎn),粘接劑的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。因此,了解并掌握粘接接頭的力學(xué)性能,對(duì)接頭強(qiáng)度的分析、預(yù)測(cè)以及延長(zhǎng)使用壽命有著重要的意義。粘接接頭的強(qiáng)度受多種因素的影響,但是,無(wú)論是靜載荷失效還是疲勞載荷失效,它們往往都始于界面端點(diǎn)處。針對(duì)以上問(wèn)題,本文選取輕量化設(shè)計(jì)里常用5XXX系鋁合金中的5052鋁合金作為被粘物,以5052鋁合金單搭粘接接頭為研究對(duì)象,首先,基于數(shù)字圖像相關(guān)法獲得了接頭界面端點(diǎn)處的應(yīng)變分布；然后,結(jié)合奇異性理論和有限元理論對(duì)接頭界面端點(diǎn)處進(jìn)行了奇異性分析及強(qiáng)度預(yù)測(cè),并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證；同時(shí),研究了不同疲勞循環(huán)周次對(duì)接頭剛度和殘余強(qiáng)度的影響,獲得了接頭的疲勞強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度和界面端的疲勞失效信息；在此基礎(chǔ)上,基于Goland-Reissner(G-R)一維梁理論模型,提出可以提高接頭靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度以及降低界面端點(diǎn)處應(yīng)力強(qiáng)度因子的單搭粘接加強(qiáng)板接頭,具體的研究?jī)?nèi)容如下：1.基于數(shù)字圖像相關(guān)法的接頭界面端變形分析基于數(shù)字圖像相關(guān)法,對(duì)5052鋁合金單搭粘接接頭的拉伸-剪切過(guò)程進(jìn)行了變形分析(包括彈性階段、塑性階段和臨近斷裂狀態(tài)),對(duì)于拉伸-剪切加載過(guò)程中的試件,界面端點(diǎn)處應(yīng)變突出,存在明顯的應(yīng)變集中、應(yīng)力集中現(xiàn)象。界面上的應(yīng)變呈“高-低-高’的非對(duì)稱(chēng)分布,臨近固定約束的一端應(yīng)變集中程度明顯要大于臨近施加載荷的一端,說(shuō)明承受拉伸-剪切載荷作用下的接頭強(qiáng)度失效及裂紋的擴(kuò)展始于臨近固定約束一端的界面端點(diǎn)處。2.基于奇異性理論的接頭界面端奇異性分析基于奇異性理論和局部精細(xì)網(wǎng)格劃分技術(shù)建立有限元模型,對(duì)5052鋁合金單搭粘接接頭界面端進(jìn)行了應(yīng)力奇異性分析和強(qiáng)度預(yù)測(cè),同時(shí),研究了不同搭接長(zhǎng)度、不同膠厚、不同邊界約束長(zhǎng)度和不同邊界施加載荷大小對(duì)接頭界面端奇異性的影響,提出了應(yīng)力強(qiáng)度因子敏感系數(shù)Φ。應(yīng)力強(qiáng)度因子H(H1、H2)隨著搭接長(zhǎng)度和邊界約束長(zhǎng)度的增大而減小,隨著膠層厚度的增大先減小后增大,在膠層厚度為0.2mm時(shí)達(dá)到最小值(對(duì)應(yīng)的接頭強(qiáng)度最大),隨著邊界施加載荷的增大而增大,并且兩者之間存在一定的線性關(guān)系,關(guān)系式分別為H1=0.00425F-0.0001,H2=0.00152F；幾何參數(shù)發(fā)生相同程度變化時(shí),搭接長(zhǎng)度對(duì)接頭界面端應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響程度強(qiáng)于膠層厚度。3.基于循環(huán)載荷的接頭殘余強(qiáng)度分析基于疲勞循環(huán)載荷,先后對(duì)不同應(yīng)力水平下的5052鋁合金單搭粘接接頭進(jìn)行疲勞強(qiáng)度測(cè)試,研究了不同疲勞循環(huán)周次對(duì)接頭剛度和殘余強(qiáng)度的影響,引入超聲掃描顯微鏡(SAM)設(shè)備和掃描電子顯微鏡(SEM)設(shè)備對(duì)疲勞失效膠層進(jìn)行失效分析及界面端疲勞失效信息采集。疲勞裂紋從接頭搭接端部的界面端點(diǎn)處(即奇異性分析中的奇異點(diǎn)處)開(kāi)始萌生,然后向中間開(kāi)始擴(kuò)展,當(dāng)疲勞循環(huán)達(dá)到一定次數(shù)時(shí),膠層發(fā)生瞬間斷裂,膠層的裂紋萌生階段幾乎占據(jù)了其全部疲勞壽命。在承受疲勞循環(huán)載荷過(guò)程中,接頭剛度基本穩(wěn)定,只是在初始階段剛度出現(xiàn)了小幅的增加,而殘余強(qiáng)度隨著疲勞循環(huán)周次的增加,呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì),在整個(gè)過(guò)程中接頭的剛度跟殘余強(qiáng)度均沒(méi)有出現(xiàn)大幅度跳躍式上升或下降的變化趨勢(shì)。4.基于一維梁理論的接頭強(qiáng)度提高分析基于G-R一維梁理論模型,提出了單搭粘接加強(qiáng)板接頭,先后對(duì)5052鋁合金單搭粘接(AA)接頭、5052鋁合金單搭粘接貼鋁片(AAA)接頭、5052鋁合金單搭粘接貼銅片(AAC)接頭和H62銅合金單搭粘接貼銅片(CCC)接頭進(jìn)行靜強(qiáng)度測(cè)試,選取AA接頭、AAA接頭和AAC接頭進(jìn)行界面端應(yīng)力奇異性分析和疲勞強(qiáng)度測(cè)試,并采用SEM對(duì)疲勞失效膠層進(jìn)行失效分析。單搭粘接加強(qiáng)板接頭可有效提高接頭的靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及降低界面端點(diǎn)處的應(yīng)力奇異性,而對(duì)膠層疲勞失效樣貌的影響較小。本文結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)法、奇異性理論、有限元理論和G-R一維梁理論對(duì)接頭界面端的應(yīng)變形式、奇異性、靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及失效形式進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析,為粘接接頭在實(shí)際中的應(yīng)用提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG494
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ａｌｌｏｙ邋ｉｎ邋ａ山ｏｍｏｔｉｖｅ逡逑為膠接，它是一口古老的連接技術(shù)，本身涉及力學(xué)，材子化學(xué)、表面科學(xué)、固體物理學(xué)和微電子學(xué)等領(lǐng)域。２０粘接結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，使古老的粘接技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新時(shí)代，獨(dú)立的邊緣學(xué)科成長(zhǎng)起來(lái)。隨后，合成粘接劑的研究及展，在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械、建筑、林業(yè)、電子、重要的作用Ｗ。中國(guó)是人類(lèi)文明歷史上最早使用粘接劑后，我國(guó)已經(jīng)成長(zhǎng)為粘接劑的生產(chǎn)大國(guó)和消費(fèi)大國(guó)。按，我國(guó)國(guó)內(nèi)粘接劑產(chǎn)量從２００２年的１７０．５萬(wàn)噸增長(zhǎng)到２０１從２００２年的１６３億元增長(zhǎng)到２０１２年的７０８．８化元。＂十持較高的增長(zhǎng)速度，年產(chǎn)量和銷(xiāo)售額的平均X棾に俁確紙縝傲校住Ｓ紗絲煽闖觶辰蛹良罷辰蛹際踉諼夜匾牡匚�。因此，本坞y∪」ひ道锍Ｓ玫謀此崠籽芯康惱辰蛹�，选取常觽冡质材料�(dān)兀兀叵倒轄鷸

本文編號(hào)：2739822