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由于汽車材料的不斷更新和進(jìn)步，目前在車身制造中一直被廣泛應(yīng)用的焊接方式因?yàn)榧夹g(shù)和成本等原因，很難被廣泛應(yīng)用于車身鋁板以及非金屬材料零部件的連接工序中。膠接技術(shù)作為一種新的連接技術(shù)，由于具有良好的異質(zhì)材料連接性、密封性和抗疲勞性，正逐步被應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的生產(chǎn)制造中。目前車身中的承載與半承載結(jié)構(gòu)件還很少應(yīng)用膠接技術(shù)作為主要的連接手段。但是隨著粘接技術(shù)不斷成熟和完善，這種連接方式將會在車身生產(chǎn)中起到更重要的作用。
針對單搭接結(jié)構(gòu)膠接接頭應(yīng)力與強(qiáng)度的問題，國內(nèi)外的學(xué)者曾做過相應(yīng)的工作。游敏等分別對膠瘤以及膠層不同力學(xué)性能參數(shù)對膠接接頭應(yīng)力分布與強(qiáng)度的影響做了一系列研究。對單搭接接頭端部載荷求解提出了新的算法。周青通過靜載和動載試驗(yàn)分別對粘接與焊接結(jié)構(gòu)件的性能進(jìn)行了對比，并且在有限元分析中對其快速建模方法進(jìn)行了探討。另外，關(guān)于溫度場對粘接接頭強(qiáng)度的影響也有學(xué)者進(jìn)行過相關(guān)工作。
隨著搭接接頭研究的深入，非平衡剛度膠接接頭的研究工作也在逐步的展開。在以往研究中，膠接接頭在拉伸載荷下的剪切試驗(yàn)多基于平衡接頭，對剛度不平衡搭接結(jié)構(gòu)相關(guān)的試驗(yàn)研究，尤其是不同溫度場中剛度不平衡接頭的試驗(yàn)還很少。由于被粘結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，非平衡接頭失效情況與平衡接頭有很大差異，求解接頭端部載荷及膠層應(yīng)力的解析方法也有所不同。由于汽車工作環(huán)境不僅為常溫條件(通常范圍為-40～90℃)，對于這方面的工作還需要作出一定的補(bǔ)充和完善。本研究以此為目的，對被粘接件為鋼板和鋁板的剛度平衡、非平衡接頭進(jìn)行不同溫度下的拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，并給出剛度不平衡接頭端部載荷公式，同時通過有限元仿真對不同類型接頭的膠層應(yīng)力進(jìn)行對比。
試驗(yàn)中所有單搭接膠接試驗(yàn)件的膠層均采用環(huán)氧樹脂膠，該種結(jié)構(gòu)膠被廣泛應(yīng)用于汽車車身的膠接結(jié)構(gòu)中。被粘接材料分別為車輛結(jié)構(gòu)中常見的低碳鋼板和6016鋁板。鋼板和鋁板厚度分別是1.5ｍｍ和0.8ｍｍ。
單搭接膠接接頭在工程應(yīng)用中是最常用的膠接接頭形式之一，也是其他類型接頭分析的基礎(chǔ)。根據(jù)GB/T 7124—2008《膠粘劑 拉伸剪切強(qiáng)度的測定(剛性材料對剛性材料)》制作鋼板-鋼板，鋼板-鋁板和鋁板-鋁板3種類型的搭接試驗(yàn)樣件，尺寸如圖所示。通過同一夾具實(shí)現(xiàn)不同單搭接膠接接頭膠層厚度均為0.1ｍｍ±0.02ｍｍ。
被粘接鋼板涂膠部位經(jīng)過同一型號砂紙沿同一的方向進(jìn)行打磨，用丙酮去除其表面油污和雜質(zhì)。膠層固化條件為150℃固化45min。
為了研究溫度對不同單搭接試樣強(qiáng)度的影響，粘接結(jié)構(gòu)件拉伸試驗(yàn)將置于可控式恒溫箱內(nèi)進(jìn)行。溫箱可控制溫度范圍為-40～120℃ ，溫度波動為±2℃。根據(jù)車身實(shí)際工況，本次試驗(yàn)中選取-35、20和90℃3種溫度進(jìn)行單搭接件的拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)。
伺服試驗(yàn)機(jī)加載速率為0.2ｍｍ/ｍｉｎ，每組試驗(yàn)通過6個相同類型試驗(yàn)樣件來完成。
不同溫度中所有單搭接試樣在拉伸力載荷作用下均在粘接部位發(fā)生膠層失效斷裂，并且由于剝離應(yīng)力的作用，破壞后粘接區(qū)域都發(fā)生明顯的彎曲變形。為試驗(yàn)件破壞后的形貌(框內(nèi)為粘接區(qū)域)，從低溫試驗(yàn)(-35℃)和常溫試驗(yàn)(20℃)的膠層失效部位可以看到，當(dāng)兩種被粘接板條為同一材料時，即鋼板-鋼板連接或鋁板-鋁板連接，失效模式均為界面破壞，且破壞形貌沿粘接區(qū)域中線對稱，兩種溫度下破壞形貌無明顯區(qū)別。但被粘接板條在高溫條件下(90℃)，會出現(xiàn)膠黏劑的內(nèi)聚失效，斷裂區(qū)域膠層分布不均勻。當(dāng)鋼板與鋁板混合搭接時，低溫試驗(yàn)(-35℃)和常溫試驗(yàn)(20℃)中單搭接接頭的膠層界面失效位置發(fā)生在鋁板與膠層結(jié)合面，由于剛度不平衡接頭端部非平衡載荷的影響，與上述平衡接頭不同，失效區(qū)域并非為對稱形式;高溫試驗(yàn)中接頭破壞時膠層粘附失效與內(nèi)聚失效同時發(fā)生，即混合破壞。
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