本文在综述国内外关于单搭接胶接接头力学性能数值研究及发展现状的基础上,运用有限元法主要对单搭接胶接接头的应力分布进行优化。利用有限元软件ANSYS,首次对单搭接胶接接头进行拓扑优化,结果表明:接头承载较大时门槛值k取0.2较为适宜,承载较小时取0.3较为适宜;合理的间隙长度可以有效地减少胶粘剂的用量,减少率最大可达60%;和连续胶层接头相比,间隙连接胶接接头胶层中的剪切应力峰值增大不多,约10%;接头搭接区域的合理形状为“S”形,而胶瘤的合理形状为圆弧形;优化后,接头的应力分布更加均匀,低应力区域大幅度降低。在考虑胶粘剂的弹塑性和胶接接头几何非线性的基础上,首次分析了间隙胶层刚度不对称胶接接头的应力分布,结果表明:间隙有效地优化了胶层中应力的分布;间隙的位置对剪切应力、剥离应力及等值应力峰值的影响不大,而对其出现的位置有着极大的影响;当间隙的位置极其偏向大刚度被粘物一侧时,剪切应力最大值的位置转移到大被粘物一侧,这将有助于控制被粘物的破坏起始点;小载荷(3KN)作用下胶粘剂的用量为35mm3,仅为连续胶层情况的28%,间隙对增加接头的经济性有着重要的作用。将可靠度理论和有限元方法结合在一起,并将其应用到胶接结构件的可靠性设计,结果表明:在有限次试验的基础上,可以通过有限元方法对胶接接头的可靠性进行有效预测,极大地降低试验成本;对接头强度影响较大的两个因素为胶层厚度和被粘物厚度;在抽样100次的情况下,计算出接头的可靠度为0.93。首次分析了偏轴单搭接胶接接头和同轴单搭接胶接接头的应力分布,结果表明:同轴单搭接胶接接头中X-轴向应力和等值应力的峰值仅为偏轴情况的三分之一;同轴接头中胶层的剪切应力峰值仅为偏轴情况的二分之一;同轴接头趾部的弯矩为零,可以有效地降低剥离应力的峰值和减轻剪切应力的集中程度,是一种极为合理的胶接接头形式。