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原文传递老化后车身粘接结构全服役温度区间失效准则研究

论文题名：	老化后车身粘接结构全服役温度区间失效准则研究
关键词：	车身轻量化;粘接结构;有限元仿真;失效准则改进;湿热循环老化;复合材料
摘要：	无论是传统燃油车还是新能源汽车，轻量化始终是汽车工业可持续发展的目标之一。通过减轻车身结构重量可以达到汽车节能减排的目的，多材料车身的发展为车身轻量化提供了一条重要技术路线。随着纤维增强复合材料、工程塑料、轻质合金等新型材料在车身上的广泛应用，异种材料的连接成为亟待解决的问题。粘接技术能够弥补焊接、螺栓连接等传统连接方式的不足，解决异种材料之间由于力学性能不同而产生的连接问题，具有耐电化学腐蚀、应力分布均匀、抗疲劳性能好等优势。粘接技术的发展可以为新型材料在车身上的广泛应用提供技术保证。　　针对粘接结构失效准则的研究，本团队曾提出一种基于偏应力的第二不变量和第三不变量之比的失效判断准则，初步解决了复杂应力状态下粘接结构的强度校核问题。但经进一步研究发现，此准则仍存在不足之处：仅对未老化常温下的粘接接头有较为准确地失效预测，针对老化后的粘接接头和不同温度下的粘接接头，此失效准则的准确度有较为明显的下降。因此为了更加准确地预测粘接结构在实际服役工况下的失效，本文选择Sikaflex-265胶粘剂、铝-铝粘接试件为研究对象，在本团队已有结论的基础上对失效准则提出了改进，围绕老化和温度两个方面对失效准则进行扩展研究，探究失效准则在老化后全服役温度区间内的适用性，内容如下：　　（1）对未老化常温下弹性粘接结构失效准则进行改进。通过提取失效区域各应力分量，采用比值法、降幂法等方式对应力分量进行处理，按要求筛选得到组合应力并将其作为等效应力；将等效应力嵌入仿真模型，通过试验结果与仿真结果的对比分析，可以得出：仿真失效载荷与试验失效载荷的误差与原失效准则相比略有改进，且仿真失效过程与试验失效过程基本一致，证明根据此等效应力建立的失效准则可以较为准确地预测常温未老化状态下弹性粘接结构的失效。　　（2）研究老化对粘接结构失效准则的影响。通过对哑铃型试件进行不同周期的老化试验，发现老化周期越长，胶粘剂弹性模量越小、泊松比越大；通过对老化不同周期的粘接接头进行有限元仿真，得到失效区域的等效应力值并将其嵌入仿真模型，计算结果表明：随着老化周期的延长等效应力值逐渐减小，与未改进的失效准则相比，改进后失效准则的仿真结果与试验结果的误差有显著下降，说明建立的失效准则可以对老化后弹性粘接接头进行强度校核。　　（3）在湿热循环老化120周期的基础上，研究了温度对粘接结构失效准则的影响。通过对湿热循环老化120周期后的哑铃型试件进行不同温度下的拉伸试验，总结得出：随着温度的升高，胶粘剂弹性模量逐渐减小，泊松比逐渐增大；通过对不同温度的粘接接头进行仿真分析，发现随着温度的升高等效应力值逐渐减小；将等效应力嵌入仿真模型发现，在不同温度下，与未改进的失效准则相比，改进后失效准则的仿真结果与试验结果的误差有显著下降，证明了建立的失效准则可以对车身全服役温度区间内的弹性粘接接头进行强度校核，本文建立的失效准则可以为粘接结构实际工程应用提供理论依据。
作者：	娄菲
专业：	工业设计工程
导师：	那井新
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022