金屬膠接接頭沖擊性能測(cè)定方法的分析.pdf

1、本文以金屬膠接接頭為研究對(duì)象,通過擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)研究了固化工藝參數(shù)(固化溫度、固化時(shí)間、晾置時(shí)間)、暴熱溫度和暴熱時(shí)間對(duì)分別采用夏比和埃佐兩種試驗(yàn)方法時(shí)金屬膠接對(duì)接接頭沖擊性能的影響。并采用ABAQUS有限元分析軟件研究了接頭受兩種沖擊載荷作用下應(yīng)力的變化，主要工作和結(jié)論如下：
　　1)通過對(duì)簡(jiǎn)支梁(夏比試驗(yàn))和懸臂梁(埃佐試驗(yàn))兩種情況進(jìn)行受力分析,得出材料失效總是從截面邊緣處開始,逐步向中心區(qū)域延伸。對(duì)比簡(jiǎn)支梁模型和懸臂梁模型的

2、彎矩圖知,簡(jiǎn)支梁模型的最大彎矩發(fā)生在梁的對(duì)稱面上,懸臂梁模型的最大彎矩產(chǎn)生在固定端,而且相同的載荷下,懸臂梁的最大彎矩比簡(jiǎn)支梁的值要大幾倍,這說明懸臂梁模型中材料破壞要比簡(jiǎn)支梁模型易發(fā)生,且破壞所需能量也要小一些。
　　2)利用正交試驗(yàn)方法研究固化溫度、固化時(shí)間、膠層厚度和晾置時(shí)間對(duì)埃佐試樣沖擊韌度的影響，得出較優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案為實(shí)驗(yàn)5,即固化溫度為80℃、固化時(shí)間為2h、晾置時(shí)間為30min以及膠層厚度為0.2mm，為研究暴熱溫度以及

3、暴熱時(shí)間對(duì)膠接接頭的沖擊韌度的影響做準(zhǔn)備。
　　3)研究暴熱溫度對(duì)夏比沖擊試樣性能的影響,在經(jīng)歷高溫后,沖擊韌度明顯下降；膠粘劑變色、產(chǎn)生氣泡、膠層缺膠等現(xiàn)象說明膠層發(fā)生了物理變化和化學(xué)變化。膠接接頭在高溫環(huán)境中暴熱較長(zhǎng)時(shí)間，還會(huì)產(chǎn)生較大殘余熱應(yīng)力,使對(duì)接試樣變形,降低沖擊韌度。說明在高溫環(huán)境下使用的膠粘劑必須具有較高的熔點(diǎn)和軟化點(diǎn),具有較高的熱穩(wěn)定性。環(huán)氧樹脂膠粘劑(XH-11膠)不適合在高溫環(huán)境下使用,使用環(huán)境溫度不應(yīng)超過12

4、0℃。
　　4)研究暴熱溫度和暴熱時(shí)間對(duì)埃佐沖擊試樣性能的影響,在經(jīng)歷暴熱之后,試樣的沖擊韌度明顯下降;在同一暴熱溫度時(shí),隨著暴熱時(shí)間的增加,沖擊韌度也明顯下降。并且隨著暴熱時(shí)間的增加,膠層從脫濕或低分子物揮發(fā)的熱失重到分解和部分碳化,直到最后完全分解,發(fā)生碳化裂解至所有有機(jī)裂解產(chǎn)物完全揮發(fā)。
　　5)研究夏比試驗(yàn)和埃佐試驗(yàn)條件下,對(duì)接接頭經(jīng)歷沖擊后的應(yīng)力分布。使用ABAQUS有限元分析軟件,得出試樣在沖擊載荷作用下的變形狀

5、況。在簡(jiǎn)支梁情況下,試樣中間部分產(chǎn)生的彎矩最大,發(fā)生的變形最大;膠層部位下端受拉應(yīng)力,上端受壓力,所以下端先裂開;在懸臂梁情況下,固定端受到的彎矩最大,膠層部位上端受到拉應(yīng)力,下端受到壓應(yīng)力,所以上端先裂開。
　　6)使用ABAQUS有限元分析軟件研究膠層厚度對(duì)兩種加載情況下應(yīng)力分布的影響,得出隨著膠層厚度的增加,膠層失效單元數(shù)越來越少；對(duì)比三種膠層厚度的結(jié)果可知，在沖擊載荷作用下，不同膠層厚度中截面應(yīng)力分布狀況差別很大,隨著膠層

6、厚度的增加，單元破壞最嚴(yán)重的地方逐步向膠層與鋼塊的交界面處轉(zhuǎn)移，這可能是由于膠層厚度增加使得膠層中部應(yīng)力分布受交界面的影響減?。欢译S著厚度增加,膠層的彎曲變形增大,因而在交界面處,截面上的應(yīng)力分布逐步趨于平均化,致使0.4mm厚度的膠層大部分單元都失效了。
　　7)通過分析膠層厚度為0.1mm時(shí)兩種模型下單元破壞所需能量的分布圖。可以看出簡(jiǎn)支梁模型所消耗的能量要比懸臂梁模型大,這主要是因?yàn)橄嗤d荷條件下懸臂梁中產(chǎn)生的彎矩的峰值比

7、簡(jiǎn)支梁中彎矩的峰值大很多,所以單元破壞消耗的能量要小一些,該結(jié)果與理論分析結(jié)論一致。
　　8)通過分析折曲雙搭接膠接接頭應(yīng)力分布,得出膠層選取路徑上軸向應(yīng)力峰值和剝離應(yīng)力峰值在兩端部下降幅度較大,且由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力,這對(duì)提高接頭的承載能力有利;剪切應(yīng)力峰值也得到了大幅下降,膠層中部應(yīng)力較大,兩端較低,改變了傳統(tǒng)雙搭接接頭的受力方式(左低右高);第一主應(yīng)力和等效應(yīng)力在端部的應(yīng)力峰值亦均得到大幅下降。搭接區(qū)被粘物在兩端的應(yīng)力峰值下