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结构胶在车身安全与轻量化设计中的应用研究
| 论文题名： | 结构胶在车身安全与轻量化设计中的应用研究 |
| 关键词： | 车身安全;轻量化设计;结构胶;失效模式;刚度不对称性 |
| 摘要： | 车身所用材料呈现出多样化的趋势，但是由于异种材料之间的物理、化学及力学性能方面存在较大差异，其对连接技术提出了新的挑战；因此异种材料之间的连接技术成为研究热点。由于传统连接技术在进行异种材料的连接时具有很明显的缺点，如点焊连接、铆接和螺栓连接的应力集中现象较为明显，而结构胶连接作为一种新型连接技术，具有良好的异种材料连接性能，且有利于车身轻量化、提高车辆的碰撞性能、增加车身结构的刚度、强度以及耐久性。同时也解决了传统连接技术所出现的应力集中现象和疲劳性能差等问题。 首先，本文对结构胶连接的机理、基本工艺流程和影响结构胶连接的主要因素进行了研究分析，并对结构胶接头的基本类型、受力分析及其失效模式进行了简单介绍；确保了结构胶的正确使用和最佳制作工艺的制定，同时为结构胶接头的优化设计和连接强度的预测提供可靠的科学依据；也为单搭接结构胶接头的制作提供了理论基础。 然后，本文基于单搭接结构胶接头的拉伸试验和内聚力模型理论，并利用有限元软件 LS-DYNA建立了单搭接结构胶接头的有限元模型。为了验证所建立模型的准确性，本文对动态轴向跌落试验进行了试验验证，结果表明，内聚力模型可用于动态工况下胶层的变形及失效；同时，本文也对结构胶的模拟方法进行了对比分析，进一步确定了所建立模型的准确性。 其次，本文基于接头连接效率的概念和最优拉丁超立方试验设计，对单搭接结构胶接头连接效率的影响因素进行分析，并分析了结构胶接头两端的刚度不对称性对接头连接效率的影响。结果表明：随着母材材料属性（母材屈服强度）的增加，接头连接效率不断增加，但是当母材屈服强度增加到一定值后，接头连接效率反而呈现下降的趋势；且母材屈服强度较弱的一端对接头连接效率的影响更为敏感。接头连接效率随接头几何尺寸（母材厚度、接头搭接长度和搭接宽度）的变化也有类似的趋势。而对于刚度不对称的结构胶连接，接头连接效率随着其刚度不对称性的减少而增大，因此为了提高接头的连接效率，应尽量减小接头两端的刚度不对称性。 最后，本文分析了结构胶连接技术对轻量化车身设计的影响，同时基于子系统模型方法，并以结构的耐撞性能为约束，对前纵梁和B柱进行了轻量化设计。研究结果表明，结构胶连接技术的应用有利于车身的轻量化设计和提高结构的耐撞性能。 |
| 作者： | 曾俊伟 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 陈涛;高晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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