点焊、胶接和胶焊连接性能比较分析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表 １ 基 材钢 板 ＢＳ ＩＯ材料 模型
较分析 仍然较 为欠缺． 本文采 用有 限元分 析软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｓ Ｙ Ａ建立各个 连接 的剪切拉伸 有 Ｎ Ｙ ／Ｌ —Ｄ Ｎ
限元计算模 型 ， 而后结合试验结果与仿真结果 ， 研 究点焊、 胶接和胶焊连接 陛能 ， 比较分析其主要力学 特性如连接强度、 一 力 位移曲线、 应力分布的规律．
出每个 子步 的 Ｙ方 向位 移 以及 整个 模 型 受 到 的 Ｙ
方 向反力 ， 从而得 到力 一 位移 曲线． 模型及加载条 件 如 图 ２所示 ：
ａ胶 接
ｂ胶 焊
图 ２ 模 型 及 加 载 条 件
３ 试 验 及 仿 真 结 果 分 析
剪切拉 伸 试验 下 的主要 力学 特征 参数 包括 ： 拉
建立各个连接的有限元计算模型． 而后运 用试验和仿真结果 总结其力学规律． 关键词 ： 点焊连接 ； 结构胶连接接 ； 胶焊连接 ； 有限元模型 ； 连接 强度 中 图分类 号 ： Ｔ Ａ９ Ｃ ４ 文献标 识码 ： Ａ
Ｏｌ ４ ， 拉伸速度 为 Ｌ
一
０ 引 言
点焊 、 胶接 、 胶焊、 三种连接方式作为最具代表 性 的传统和新型的车身连接方式 ， 不仅对其各 自本 身的研究具有重要 的意义 ， 同时 ， 三者 主要力学性 能交叉分析、 优劣 比较和规律总结也对车用连接技 术 的发展具 有 重要 的意 义 ． 目前国内外对点焊 、 胶接和胶焊连接的研究主
１ｍ ／ ｉ． ０ ｍ ｍ ｎ 制作胶接接 头的
车用结构胶选用某公司生产的某 型号双组分环氧 树脂结构胶黏剂 ， 基材为车用高强度钢板． 其中 。 胶 层厚 度为 ０ ２ ｍ， ．ｒ 钢板 厚 度 为 １７ ｍ． 焊连 接焊 ａ ．ｒ 点 ａ 点直径为 ５ ｍ， ｍ 两焊点间距 ５ ｍ 基材仍为厚度 ０ ｍ； １７ ｍ 的双相 钢板 ， 验 中， ．ｍ 试 接头 下端被 夹头 固 定， 上端在拉伸机 的牵 引下 向上运动． 每种连接试 验进行 ３次 ， 接头结构尺寸如图 １ 所示．
摘
要 ： 基 于 点焊 、 胶接 、 焊 连接 果 ， 胶 进行 不 同形 式连 接 的 性 能 比较 分 析 ， 析 其 主要 力 学特 分
性如 连接 强 度 、 一位移 曲线 、 的剪 切 拉 伸 试 验 ， 采 用 有 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｓ—Ｄ Ｎ 力 应 并 Ｎ Ｙ ！Ｌ Ｙ Ａ
３ ３ 应 力分布 分析 ．
本文基于试验结果和仿真结果 比较分析 了剪 切拉伸下不同形式连接的拉力最大值 、 一 力 位移 曲 线和 应力分 布． 经过 分析 得 出的主要结 论包括 ： （ ） 接 的强 度 最 强 ， 焊 的 强 度 最 弱 ， 胶 焊 强 １胶 点 而 度居于两者之间． ２ 胶焊连接在拉伸过程 中拉力 （） 变化 的趋势受胶层的影响比焊点的影响更加 明显 ， 胶层对于点焊连接有明显 的加强效果． ３ 胶焊大 （） 大缓解 了点焊应力集中的情况． ４ 仿真计算都较 （） 好 的体现 了三类 连接强度的变化趋 势和力学特征 值分布， 明了仿真模型的准确性． 证
［ ］ 李春植 ， ３ 李建兵 ． 薄钢板粘 接点 焊结构的强度分析 ［ ］ 粘接 ， Ｊ．
１９ Ｖ １１ （ ） ２ ２ ． ９ ７， ｏ．８ ６ ：０— ３
［ ］ Ａ Ｔ ｔ ａ ｏａ Ｓ Ｍ Ｄ ０ ２— １ ｔ ｄｒ Ｔ ｓ Ｍ ｔ ｄ ４ Ｓ Ｍ Ｉ ｅ ｔ ｎ １ Ｔ １０ ０ ．Ｓ ｎ ａ ｅｔ ｅ ｏ ｎ ｒ ｉ ．Ａ ｎ ａ ｄ ｈ
Ｗａｇ 等人比较 了铝合金拉 剪试 样接头在胶 焊、 ｎ 点焊 和 胶接 三种 连接 方 式下 的疲 劳 强度 ， 现胶 焊 发 接头疲劳寿命大于点焊接头． 目 的研究中结合 但 前 试验与仿真进行的胶接、 点焊和胶焊连接的系统 比
焊点与胶层处都产生了塑性变形 ， 因此在模拟过程 中采用弹塑性模型能够较好 的模拟实际拉伸过程．
要有 ：１ 常保华¨ 等人通过试验和数值计算 的手 （） 段考察 了胶接 、 点焊和胶焊的剪切搭接部分的应力
分布规律和疲劳性 能 ， 通过三者 的试样 试验结 并 果， 发现胶焊接头中的应力分布相对于点焊更加均 匀 ． ２ 李春 植 等人 对汽 车 驾 驶 底 盘前 横 梁点 焊 （）
参考 文献 ：
［］ 常保 华． １ 胶焊 接头的应力应变场和力学性 能研究 ［ ］西安 ： Ｄ． 西安交通 大学 ， ９． １８ ９
［］ ＰＣ Ｗａｇ ＳＫ ｈ ｈｌ． ｈ ｏ Ｆ ｌｅＭｄ ， ｅｓ ２ ． ． ｎ， ． ．Ｃｉ ｏ Ｔ ｅ ｌｏ ｍｕ ｏｅ Ｒｓｔ ｓ ｍ Ｒ ｅｆ ｒ ｉ一
在 Ａ Ｓ Ｓ平台中 ， ＮＹ 双线性各 向同性硬化模 型（ Ｉ Ｂ— ｓ） ｏ 能够较好 的表现材料 的弹塑性特性 ， 并且相 比 于多线性材料模型计算 更为 简便 ． 引 主要输入的 参数有 ： 杨氏弹性模量 ， 泊松 比， 屈服应力 ， 切线模 量． 主要材料性能参数如表 １ 表 ２ 表 ３ 、 、 所示．
表 ３ 结构胶 ＢＳ ＩＯ材料 模型
结构胶失效参数设置如表 ４ 所示 ： 表 ４ 胶层 失 效参 数
性较 好 ．
约束条件加载于试验试件的两端 ， 将约束直接
作用在节点上． 一端 固定 ｘ， ， ， Ｘ Ｒ ，Ｚ六方 Ｙ Ｚ Ｒ ，Ｙ Ｒ 向的 自由度 ， 另一端加载定值位移 ，计算后 ， ． 可以 根据计算结果中的子步数 ， 利用时间历程后处理读
２ 材料性能和计算模型
２ １ 材料 性 能 ． 在 试验 过程 中 ， 头屈 服 强度较 大 ， 接 钢板基 材 、
结构作 了纯点焊和胶焊的试验和有 限元仿真比较 ， 并发现在扭转载荷作用下 ， 胶焊结构对力学性能的 改善 比在 弯 曲载 荷 作 用 下 显 著 的 多． ３ Ｐ Ｃ （）． ．
．
、 、 ● ＿＿ 一
４ 结
ｂ 接 连接 胶
论
＼
． — 一 ．， — ◆ 一
源自文库
．
一
十 —
．
＾ 、
．＿一 ． － ． ． ／
ｃ 焊连 接 胶
图 ７ 剪 切 工 况 下 三类 连 接 应 力 值 比较
对剪切拉伸下点焊、 接、 胶 胶焊的拉伸力 一 位 移 曲线 分析 可 以得 出如 下结论 ： 接 与胶 焊接 头 的 胶 力一 位移曲线趋势与上升斜率非常接近 ， 点焊初始 段拉力增大斜 率与胶接及 胶焊相 近 ， 而后 斜率减 小， 拉力值较小． 表明胶焊 连接在拉伸过程 中拉力 变 化 的趋 势受 胶层 的影 响更 为 明显 ， 层对 于点 焊 胶 连接有明显的加强效果 ； 由于仿真环境与试验环境 的差 别 ， 拟仿 真 中胶 接及胶 焊 曲线 的初 始 段斜 率 模 较试验结果偏大 ； 仿真结果能够体现三类接头力 一 位移 曲线的分布特点和变化趋势．
第２ ９卷 第 ４期
２１ 年 ｏ 月 ０１ ７
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕｎ ｆ ｉ ｕｉ ｎｖｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ａ ｓＵ ｉｅｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ｌ Ｊｍ ｔ ｕ ｅ ｔｎ
Ｖｏ ． ９ Ｎ ． １２ ｏ ４
Ｊ ｌ ｕｙ
２ １ ０１
文章 编号：０ ８—１０ （ ０ １ ｏ Ｏ ｏ １０ ４ ２ ２ １ ）４一 ５ｏ—ｏ ４
点 焊 、 接 和 胶 焊 连接 性 能 比较 分 析① 胶
杨 然 陈君毅２ 王宏 雁 ， ， ２
（． １ 同济大学 中德学 院。 上海 ２ ０ ９ ；． ０ ０ ２２ 同济大学汽车学院 。 上海 ２ １０ ） ０ ８ ４
第 ４期
杨
然 ， ： 焊、 等 点 胶接 和胶 焊连 接性 能 比较分 析
５１ ０
表 ２ 焊 点 ＢＳ ＩＯ材料 模型
结构 ， 也适用于线性 、 大扭转及大应变非线性分析 ， 收敛性好． 焊点单元选择 Ｂ Ａ １８单元 ， ＥＭ８ 这是一
种 ２节 点单 元 ， 用 于分 析 三维空 间 中塑性梁 力 学 适 情况 ． 种单 元 也适 用 于分 析线性 、 幅扭转 、 这 大 大应 变非线 性及 剪切 变形 影 响 ， 与点 焊单搭 接剪 切拉伸 试 验 的力学 特 性 相 吻 合 ． 构 胶 单 元 则 采 用 Ｓ Ｌ 结 Ｏ－ Ｉ９ Ｄ ５单元 ，Ｏ Ｉ９ Ｓ ＬＤ ５是 ２ Ｏ节 点 的三 维 体 单 元 ， 每 个 节点 有 ３个 自 由度 ， 单 元 能 够 容 许 不 规 则 形 此 状， 并且 不会 降低 精 确 性 ， 时其 偏 移 形 状 的兼 容 同
１ 不 同 形 式 接 头 剪 切 拉 伸 试 验
剪切拉伸试验 的设计参 照标 准 Ａ Ｔ １０ Ｓ Ｍ Ｄ ０２
① 收稿 日期 ： １ — ６ ７ ２ １ ０ —１ ０
基材 效应变 失 设为。 。 ’ ２
作简： （５ ，河石压， 大 学骷 者异 然９一女 北冢人 研学车院士 介 薹 １ ） 杨 ８ 。 同 字牛阮 汽罕坝
￣ｌｅＳ ｏ ｔ ｐｔ ｃ ｌ ｎ ｈ ｓｖ ｎ ｔｅＦ ｔｇ ｅＢｅ ａ ｒｏ Ｗ ｅｄ— ｄ ａ ｄ Ａｄ ｅ ｉｅｏ ｈ ａｉｕ ｈ ｄｏ ｆ ｌ
Ｂ ｎ ｅ ｌｍｎ ｍ．Ｗｅ ｉｇＪｕ ａ， ９ ５ ２ ： １— ７ ｏｄｄＡｕ ｉｕ ｌ ｎ ｒ ｌ １９ ，（ ） ４ ４ ． ｄ ｏｎ
ｃ点 焊
力最大值、 一 力 位移 曲线和应力分布． 下面从这三 个方面对点焊 、 胶接、 胶焊三种形式连接在剪切拉 伸工况下的力学特性进行 比较分析．
图 １ 连接接 头的结构尺 寸
３ １ 拉力最大值分析 ．
２２ 计 算模 型 ．
剪切拉伸试验 中的拉力最大值是最重要的特 征参数 ， 体现 了连接 的强度． 剪切试验及仿真计算 的拉力最大值结果如表 ５ 及图 ３ 所示 ：
在 Ａ Ｓ Ｓ 软 件 仿 真 中， 材 单 元 采 用 ＮＹ 基 Ｓ Ｅ Ｌ ８ 单元 ， Ｈ Ｌ １１ 这是一种 ４节点单元 ， 每个 节点
处有 ６ 自由度． 个 适用于分析较薄和中度厚度的壳
第 ４期
杨
然， ： 等 点焊、 胶接和胶焊连接性能比较分析
５３ ０
验环境 的差别造成的， 由于试验中各构件之间不可 此借助仿真计算 的优势 ， 基于仿真结果对三类连接 避免的存在间隙和空行程 ， 使得斜率较低 ； 而仿真 的应力分布进行直观的比较． 三类连接的应力分布 如 图 ６所 示 ． 中不存在这一问题 ， 模拟的结果更加直接的体现 了 胶层的材料特性． ２ 仿真结果中三者 曲线关系体 （） 选取计算结束时搭接区域 中截面的 Ｖ ｎＭｓｓ ｏ ｉ ｅ 现出与试验结果近似的趋势 ， 胶接与胶焊的力 一 位 有效应力进行三类连接应力分布的数值 比较 ， 如图 移曲线趋势与斜率同样非常接近 ； 点焊总体拉力值 ７所 示 ． 较小 ， 虽初 始段 斜 率 与 胶 接及 胶 接 相近 ， 但后 段斜 由图 ６及 图 ７可 以得 出如 下结论 ： 率减小 ， 拉力值较小 ， 与试验结果一致． （ ） 焊在 两个 焊 点 （０ １点 １ｍｍ、０ ｍ） ６ ｒ 处存 在 明 ａ 显 的应 力 峰 值 ， 大 于 平 均 应 力 ． 接 区域 中 点 远 搭 ／＼ ／＼ ／ ＼ ． ／ Ｌ （５ ｍ） 应力 值最 低 ． ３ｍ 处 ’ ＼ 厂 ＼ ／ （） ２ 胶接接头应力分布最为均匀 ， 边缘应力值 ＼ ／ 略高 ， 不存在突 出的应力峰值 和谷值． （） ３ 胶焊接头应力分布较 为均匀 ， 两焊点处尤 其是是焊点 内侧仍然存在应力上升 ， 但峰值远低于 ａ 点焊 连 接 点焊的应力 峰值 ； 搭接 区 中点 处仍然存在应力 下 降， 但同样远高于点 焊的应力谷值． 胶焊大大缓解 了点 焊应 力集 中的情 况 ． ’
较分析 仍然较 为欠缺． 本文采 用有 限元分 析软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｓ Ｙ Ａ建立各个 连接 的剪切拉伸 有 Ｎ Ｙ ／Ｌ —Ｄ Ｎ
限元计算模 型 ， 而后结合试验结果与仿真结果 ， 研 究点焊、 胶接和胶焊连接 陛能 ， 比较分析其主要力学 特性如连接强度、 一 力 位移曲线、 应力分布的规律．
出每个 子步 的 Ｙ方 向位 移 以及 整个 模 型 受 到 的 Ｙ
方 向反力 ， 从而得 到力 一 位移 曲线． 模型及加载条 件 如 图 ２所示 ：
ａ胶 接
ｂ胶 焊
图 ２ 模 型 及 加 载 条 件
３ 试 验 及 仿 真 结 果 分 析
剪切拉 伸 试验 下 的主要 力学 特征 参数 包括 ： 拉
建立各个连接的有限元计算模型． 而后运 用试验和仿真结果 总结其力学规律． 关键词 ： 点焊连接 ； 结构胶连接接 ； 胶焊连接 ； 有限元模型 ； 连接 强度 中 图分类 号 ： Ｔ Ａ９ Ｃ ４ 文献标 识码 ： Ａ
Ｏｌ ４ ， 拉伸速度 为 Ｌ
一
０ 引 言
点焊 、 胶接 、 胶焊、 三种连接方式作为最具代表 性 的传统和新型的车身连接方式 ， 不仅对其各 自本 身的研究具有重要 的意义 ， 同时 ， 三者 主要力学性 能交叉分析、 优劣 比较和规律总结也对车用连接技 术 的发展具 有 重要 的意 义 ． 目前国内外对点焊 、 胶接和胶焊连接的研究主
１ｍ ／ ｉ． ０ ｍ ｍ ｎ 制作胶接接 头的
车用结构胶选用某公司生产的某 型号双组分环氧 树脂结构胶黏剂 ， 基材为车用高强度钢板． 其中 。 胶 层厚 度为 ０ ２ ｍ， ．ｒ 钢板 厚 度 为 １７ ｍ． 焊连 接焊 ａ ．ｒ 点 ａ 点直径为 ５ ｍ， ｍ 两焊点间距 ５ ｍ 基材仍为厚度 ０ ｍ； １７ ｍ 的双相 钢板 ， 验 中， ．ｍ 试 接头 下端被 夹头 固 定， 上端在拉伸机 的牵 引下 向上运动． 每种连接试 验进行 ３次 ， 接头结构尺寸如图 １ 所示．
摘
要 ： 基 于 点焊 、 胶接 、 焊 连接 果 ， 胶 进行 不 同形 式连 接 的 性 能 比较 分 析 ， 析 其 主要 力 学特 分
性如 连接 强 度 、 一位移 曲线 、 的剪 切 拉 伸 试 验 ， 采 用 有 限元 分 析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ Ｓ—Ｄ Ｎ 力 应 并 Ｎ Ｙ ！Ｌ Ｙ Ａ
３ ３ 应 力分布 分析 ．
本文基于试验结果和仿真结果 比较分析 了剪 切拉伸下不同形式连接的拉力最大值 、 一 力 位移 曲 线和 应力分 布． 经过 分析 得 出的主要结 论包括 ： （ ） 接 的强 度 最 强 ， 焊 的 强 度 最 弱 ， 胶 焊 强 １胶 点 而 度居于两者之间． ２ 胶焊连接在拉伸过程 中拉力 （） 变化 的趋势受胶层的影响比焊点的影响更加 明显 ， 胶层对于点焊连接有明显 的加强效果． ３ 胶焊大 （） 大缓解 了点焊应力集中的情况． ４ 仿真计算都较 （） 好 的体现 了三类 连接强度的变化趋 势和力学特征 值分布， 明了仿真模型的准确性． 证
［ ］ 李春植 ， ３ 李建兵 ． 薄钢板粘 接点 焊结构的强度分析 ［ ］ 粘接 ， Ｊ．
１９ Ｖ １１ （ ） ２ ２ ． ９ ７， ｏ．８ ６ ：０— ３
［ ］ Ａ Ｔ ｔ ａ ｏａ Ｓ Ｍ Ｄ ０ ２— １ ｔ ｄｒ Ｔ ｓ Ｍ ｔ ｄ ４ Ｓ Ｍ Ｉ ｅ ｔ ｎ １ Ｔ １０ ０ ．Ｓ ｎ ａ ｅｔ ｅ ｏ ｎ ｒ ｉ ．Ａ ｎ ａ ｄ ｈ
Ｗａｇ 等人比较 了铝合金拉 剪试 样接头在胶 焊、 ｎ 点焊 和 胶接 三种 连接 方 式下 的疲 劳 强度 ， 现胶 焊 发 接头疲劳寿命大于点焊接头． 目 的研究中结合 但 前 试验与仿真进行的胶接、 点焊和胶焊连接的系统 比
焊点与胶层处都产生了塑性变形 ， 因此在模拟过程 中采用弹塑性模型能够较好 的模拟实际拉伸过程．
要有 ：１ 常保华¨ 等人通过试验和数值计算 的手 （） 段考察 了胶接 、 点焊和胶焊的剪切搭接部分的应力
分布规律和疲劳性 能 ， 通过三者 的试样 试验结 并 果， 发现胶焊接头中的应力分布相对于点焊更加均 匀 ． ２ 李春 植 等人 对汽 车 驾 驶 底 盘前 横 梁点 焊 （）
参考 文献 ：
［］ 常保 华． １ 胶焊 接头的应力应变场和力学性 能研究 ［ ］西安 ： Ｄ． 西安交通 大学 ， ９． １８ ９
［］ ＰＣ Ｗａｇ ＳＫ ｈ ｈｌ． ｈ ｏ Ｆ ｌｅＭｄ ， ｅｓ ２ ． ． ｎ， ． ．Ｃｉ ｏ Ｔ ｅ ｌｏ ｍｕ ｏｅ Ｒｓｔ ｓ ｍ Ｒ ｅｆ ｒ ｉ一
在 Ａ Ｓ Ｓ平台中 ， ＮＹ 双线性各 向同性硬化模 型（ Ｉ Ｂ— ｓ） ｏ 能够较好 的表现材料 的弹塑性特性 ， 并且相 比 于多线性材料模型计算 更为 简便 ． 引 主要输入的 参数有 ： 杨氏弹性模量 ， 泊松 比， 屈服应力 ， 切线模 量． 主要材料性能参数如表 １ 表 ２ 表 ３ 、 、 所示．
表 ３ 结构胶 ＢＳ ＩＯ材料 模型
结构胶失效参数设置如表 ４ 所示 ： 表 ４ 胶层 失 效参 数
性较 好 ．
约束条件加载于试验试件的两端 ， 将约束直接
作用在节点上． 一端 固定 ｘ， ， ， Ｘ Ｒ ，Ｚ六方 Ｙ Ｚ Ｒ ，Ｙ Ｒ 向的 自由度 ， 另一端加载定值位移 ，计算后 ， ． 可以 根据计算结果中的子步数 ， 利用时间历程后处理读
２ 材料性能和计算模型
２ １ 材料 性 能 ． 在 试验 过程 中 ， 头屈 服 强度较 大 ， 接 钢板基 材 、
结构作 了纯点焊和胶焊的试验和有 限元仿真比较 ， 并发现在扭转载荷作用下 ， 胶焊结构对力学性能的 改善 比在 弯 曲载 荷 作 用 下 显 著 的 多． ３ Ｐ Ｃ （）． ．
．
、 、 ● ＿＿ 一
４ 结
ｂ 接 连接 胶
论
＼
． — 一 ．， — ◆ 一
源自文库
．
一
十 —
．
＾ 、
．＿一 ． － ． ． ／
ｃ 焊连 接 胶
图 ７ 剪 切 工 况 下 三类 连 接 应 力 值 比较
对剪切拉伸下点焊、 接、 胶 胶焊的拉伸力 一 位 移 曲线 分析 可 以得 出如 下结论 ： 接 与胶 焊接 头 的 胶 力一 位移曲线趋势与上升斜率非常接近 ， 点焊初始 段拉力增大斜 率与胶接及 胶焊相 近 ， 而后 斜率减 小， 拉力值较小． 表明胶焊 连接在拉伸过程 中拉力 变 化 的趋 势受 胶层 的影 响更 为 明显 ， 层对 于点 焊 胶 连接有明显的加强效果 ； 由于仿真环境与试验环境 的差 别 ， 拟仿 真 中胶 接及胶 焊 曲线 的初 始 段斜 率 模 较试验结果偏大 ； 仿真结果能够体现三类接头力 一 位移 曲线的分布特点和变化趋势．
第２ ９卷 第 ４期
２１ 年 ｏ 月 ０１ ７
佳 木 斯 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｊｕｎ ｆ ｉ ｕｉ ｎｖｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ａ ｓＵ ｉｅｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ｌ Ｊｍ ｔ ｕ ｅ ｔｎ
Ｖｏ ． ９ Ｎ ． １２ ｏ ４
Ｊ ｌ ｕｙ
２ １ ０１
文章 编号：０ ８—１０ （ ０ １ ｏ Ｏ ｏ １０ ４ ２ ２ １ ）４一 ５ｏ—ｏ ４
点 焊 、 接 和 胶 焊 连接 性 能 比较 分 析① 胶
杨 然 陈君毅２ 王宏 雁 ， ， ２
（． １ 同济大学 中德学 院。 上海 ２ ０ ９ ；． ０ ０ ２２ 同济大学汽车学院 。 上海 ２ １０ ） ０ ８ ４
第 ４期
杨
然 ， ： 焊、 等 点 胶接 和胶 焊连 接性 能 比较分 析
５１ ０
表 ２ 焊 点 ＢＳ ＩＯ材料 模型
结构 ， 也适用于线性 、 大扭转及大应变非线性分析 ， 收敛性好． 焊点单元选择 Ｂ Ａ １８单元 ， ＥＭ８ 这是一
种 ２节 点单 元 ， 用 于分 析 三维空 间 中塑性梁 力 学 适 情况 ． 种单 元 也适 用 于分 析线性 、 幅扭转 、 这 大 大应 变非线 性及 剪切 变形 影 响 ， 与点 焊单搭 接剪 切拉伸 试 验 的力学 特 性 相 吻 合 ． 构 胶 单 元 则 采 用 Ｓ Ｌ 结 Ｏ－ Ｉ９ Ｄ ５单元 ，Ｏ Ｉ９ Ｓ ＬＤ ５是 ２ Ｏ节 点 的三 维 体 单 元 ， 每 个 节点 有 ３个 自 由度 ， 单 元 能 够 容 许 不 规 则 形 此 状， 并且 不会 降低 精 确 性 ， 时其 偏 移 形 状 的兼 容 同
１ 不 同 形 式 接 头 剪 切 拉 伸 试 验
剪切拉伸试验 的设计参 照标 准 Ａ Ｔ １０ Ｓ Ｍ Ｄ ０２
① 收稿 日期 ： １ — ６ ７ ２ １ ０ —１ ０
基材 效应变 失 设为。 。 ’ ２
作简： （５ ，河石压， 大 学骷 者异 然９一女 北冢人 研学车院士 介 薹 １ ） 杨 ８ 。 同 字牛阮 汽罕坝
￣ｌｅＳ ｏ ｔ ｐｔ ｃ ｌ ｎ ｈ ｓｖ ｎ ｔｅＦ ｔｇ ｅＢｅ ａ ｒｏ Ｗ ｅｄ— ｄ ａ ｄ Ａｄ ｅ ｉｅｏ ｈ ａｉｕ ｈ ｄｏ ｆ ｌ
Ｂ ｎ ｅ ｌｍｎ ｍ．Ｗｅ ｉｇＪｕ ａ， ９ ５ ２ ： １— ７ ｏｄｄＡｕ ｉｕ ｌ ｎ ｒ ｌ １９ ，（ ） ４ ４ ． ｄ ｏｎ
ｃ点 焊
力最大值、 一 力 位移 曲线和应力分布． 下面从这三 个方面对点焊 、 胶接、 胶焊三种形式连接在剪切拉 伸工况下的力学特性进行 比较分析．
图 １ 连接接 头的结构尺 寸
３ １ 拉力最大值分析 ．
２２ 计 算模 型 ．
剪切拉伸试验 中的拉力最大值是最重要的特 征参数 ， 体现 了连接 的强度． 剪切试验及仿真计算 的拉力最大值结果如表 ５ 及图 ３ 所示 ：
在 Ａ Ｓ Ｓ 软 件 仿 真 中， 材 单 元 采 用 ＮＹ 基 Ｓ Ｅ Ｌ ８ 单元 ， Ｈ Ｌ １１ 这是一种 ４节点单元 ， 每个 节点
处有 ６ 自由度． 个 适用于分析较薄和中度厚度的壳
第 ４期
杨
然， ： 等 点焊、 胶接和胶焊连接性能比较分析
５３ ０
验环境 的差别造成的， 由于试验中各构件之间不可 此借助仿真计算 的优势 ， 基于仿真结果对三类连接 避免的存在间隙和空行程 ， 使得斜率较低 ； 而仿真 的应力分布进行直观的比较． 三类连接的应力分布 如 图 ６所 示 ． 中不存在这一问题 ， 模拟的结果更加直接的体现 了 胶层的材料特性． ２ 仿真结果中三者 曲线关系体 （） 选取计算结束时搭接区域 中截面的 Ｖ ｎＭｓｓ ｏ ｉ ｅ 现出与试验结果近似的趋势 ， 胶接与胶焊的力 一 位 有效应力进行三类连接应力分布的数值 比较 ， 如图 移曲线趋势与斜率同样非常接近 ； 点焊总体拉力值 ７所 示 ． 较小 ， 虽初 始段 斜 率 与 胶 接及 胶 接 相近 ， 但后 段斜 由图 ６及 图 ７可 以得 出如 下结论 ： 率减小 ， 拉力值较小 ， 与试验结果一致． （ ） 焊在 两个 焊 点 （０ １点 １ｍｍ、０ ｍ） ６ ｒ 处存 在 明 ａ 显 的应 力 峰 值 ， 大 于 平 均 应 力 ． 接 区域 中 点 远 搭 ／＼ ／＼ ／ ＼ ． ／ Ｌ （５ ｍ） 应力 值最 低 ． ３ｍ 处 ’ ＼ 厂 ＼ ／ （） ２ 胶接接头应力分布最为均匀 ， 边缘应力值 ＼ ／ 略高 ， 不存在突 出的应力峰值 和谷值． （） ３ 胶焊接头应力分布较 为均匀 ， 两焊点处尤 其是是焊点 内侧仍然存在应力上升 ， 但峰值远低于 ａ 点焊 连 接 点焊的应力 峰值 ； 搭接 区 中点 处仍然存在应力 下 降， 但同样远高于点 焊的应力谷值． 胶焊大大缓解 了点 焊应 力集 中的情 况 ． ’