焊点间距对胶焊接头应力应变分布和强度的影响

详细内容

胶焊是将电阻点焊（或凸焊）技术与胶接相结合的复合连接技术［1］，在航空、航天和汽车工业中得到了广泛应用。如一种运输机的机身、口盖、油箱及一种低空支援战斗机的许多部分都采用了胶焊工艺［2］；我国在这方面的研究和开发工作也已取得进展［3］。

　　对胶焊结构力学行为的研究，已得到了国内外学者的广泛关注。已有不少关于单焊点胶焊搭接接头的试验及数值分析工作［4,5］，而对多焊点结构中焊点间距对结构力学行为影响，尚很少有研究的报道。焊点间距是胶焊结构设计和制造中一个重要的几何参数，合理的焊点间距的选取，可使焊接结构同时满足对生产经济性和使用可靠性的要求。为此，本文拟采用有限元数值分析方法和试验研究方法，对单列多焊点胶焊接头进行研究，考察采用两种不同弹性模量的胶粘剂时，焊点间距对接头中应力应变场和断裂强度的影响规律。

1　接头的形状尺寸与有限元网格划分

1.1　接头的形状尺寸

　　单列多焊点胶焊搭接接头的外形尺寸如图1所示。试件两端承受均匀拉伸剪切载荷。母材为08al汽车用深冲钢板，宽40mm，厚1mm。为同时考察胶粘剂弹性模量对接头中应力应变分布的影响，采用了高弹性模量的环氧树脂基胶粘剂和低弹性模量的丙烯酸酯胶粘剂，胶层厚度为0.4mm。接头搭接区长度为40mm，直径5mm的焊点沿y向等距离排列。本研究选取焊点间距a为10mm,20mm,30mm,40mm和50mm五种，研究两种胶焊接头中的应力应变分布。

图5　不同焊点间距下的胶层时的断裂载荷和名义应力
（a）断裂载荷与焊点间距的关系；
（b）断裂名义应力与焊点间距的关系
fig.5　fractureloadandnominalstressesofadhesivelayer
fordifferentspotpitch　(a)fractureloadvsspotpitch;
(b)nominalfracturevsspotpitch

4　结论

　　（1）采用高弹性模量胶粘剂时，在10～50mm内增大焊点间距，焊点区应力有所减小而搭接区边缘胶层中的应力应变略有升高，增大焊点间距，将减小接头的承载能力，但幅度不大。

　　（2）采用低弹性模量的丙烯酸酯胶粘剂时，焊点处存在应力集中，应力集中程度随焊点间距的增加而增大；搭接区边缘胶层中的剪应变值也随焊点间距的增加而增大。焊点间距增加使承载焊点数减少、接头刚度减小，对接头强度有不利影响，这一效应比采用高弹性模量胶粘剂时更为显著。

　　（3）采用环氧树脂基胶粘剂的单列多焊点接头中，胶层最先断裂。焊点间距大的胶焊试件，由于试件宽度大，其断裂载荷高，但接头断裂时的名义应力随焊点间距的增加而略有减小。

　　（4）试验所得焊点间距对接头强度的影响规律与数值分析基础上所预测的规律一致，证明了采用数值计算方法进行接头力学行为预测的有效性。