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CFRP与DC04钢胶接接头力学性能研究与失效行为分析
| 论文题名： | CFRP与DC04钢胶接接头力学性能研究与失效行为分析 |
| 关键词： | 汽车轻量化;碳纤维复合材料;低碳钢板;胶接连接;力学性能 |
| 摘要： | 随着碳纤维复合材料在汽车轻量化中的广泛应用，碳纤维复合材料车身零部件与钢材等异质材料的连接设计成为一个亟待解决的问题。胶粘连接由于工艺简便，连接效率高，有利于减小制造成本，降低能耗，而成为碳纤维复合材料异质连接的一种有效选择方案。在胶接连接结构中，结构胶的材料属性及载荷工况等因素对胶接连接的力学性能及失效行为具有重要的影响。因此，本文针对碳纤维复合材料和低碳钢板两种异质材料的胶接连接设计，采用实验测试和有限元数值模拟的方法，研究了不同结构胶的材料属性、拉伸剪切与三点弯曲载荷工况对单搭接胶接接头极限载荷、应力分布及失效行为的影响规律。主要研究成果如下： (1)现有结构胶力学性能测定方法多样且具有较大的离散性，通过对比各测试标准对结构胶力学性能参数测定结果的优缺点，选取了单轴拉伸、T型剥离和厚被粘物剪切测试方法分别测定两种不同性能结构胶的多个性能参数，为胶接连接的数值仿真模型提供了有效的材料参数，材料参数的可靠性在数值模拟中得到了验证。 (2)针对以碳纤维复合材料层合板与DC04低碳钢板为被粘基板的刚度不对称单搭接胶接接头，通过实验系统地测试了不同粘接长度的连接试样在拉伸剪切和三点弯曲两种载荷工况下的力学性能，建立了接头失效载荷及接头刚度与粘接长度的关系，获得了不同加载方式对接头力学性能的影响规律。 (3)基于双线性内聚力本构建立了胶层的力学行为模型，结合复合材料层合板理论，通过有限元方法建立复合材料单搭接胶接接头的数值仿真模型，该模型计算得到的胶接结构承载能力和拉伸失效位移与实验结果吻合良好。并且，通过数值计算模型有效地预测了单搭接胶接接头的裂纹渐进损伤。 (4)基于建立的数值仿真模型，研究了刚度不对称胶接接头在不同粘接长度下胶层内应力集中现象及胶层裂纹萌生和扩展的失效过程，获得了刚度不对称的单搭接胶接接头胶层破坏规律，揭示了结构胶的剥离强度极限是影响接头拉剪失效的主要因素。 |
| 作者： | 郭帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨旭静;韦凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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