现代汽车车身结构越来越多地采用铝合金和复合材料等轻质材料,碳纤维、铝合金及高强钢等材料凭借其质量轻和高强度比为制造轻量化汽车提供了可能,并且多种材料的混合使用是未来发展的必然趋势。传统的连接方式如焊接、铆接等连接方式已不能满足于同种或异种材料之间的连接,汽车结构连接技术逐渐成为汽车车身制造中急需要突破的关键技术。粘接技术作为一种新型材料连接技术,有众多优点,能充分利用其特点连接新型复合材料。目前,国内外学者对于粘接技术的研究,多集中在粘接接头结构尺寸、受力形式、表面处理方式、温度湿度导致的粘接剂老化以及载荷导致胶粘剂疲劳等方面。复合材料车身粘接结构的胶粘剂强度是接头强度校核的基础,新型复合材料粘接结构在应用前,需要测试其力学性能能否满足工程实际的需要。然而测试中发现由于不同胶层厚度的粘接试件失效前,胶层会出现不同程度颈缩,由于胶层颈缩产生的边界效应导致测得的粘接试件强度并未真实反映其强度,因此需要研究胶层颈缩产生的边界效应对粘接强度的影响。本文基于某企业与本课题组合作研究所提供的Sikaflex-265粘接剂,参考相关试验标准对粘接剂力学性能特性进行研究,分析粘接试件胶层颈缩引起的应力应变问题,研究厚度及边界效应对粘接试件力学性能测试的影响。针对上述问题展开分析,进行粘接试件力学性能测试方法的改进研究。本论文通过试验和有限元仿真分析,研究粘接试件在不同胶层厚度条件下的强度变化和应力应变分布规律,提出粘接试件力学性能测试改进方法,减小颈缩后的边界效应对试件粘接强度的影响。根据上述研究思路,本课题主要完成以下几个方面的内容:(1)设计胶层厚度和应力状态对粘接试件力学性能影响的测试实验。对粘接结构应力状态进行分析,主要受拉伸应力、剪切应力和拉剪组合应力。选用现在高速动车组上常用的Sikaflex-265聚氨酯类胶接剂作为研究对象,制作胶粘剂的哑铃型试件,并设计粘接试件方案,制定不同胶层厚度和受力形式的粘接试件。(2)通过对胶粘剂哑铃型试件和粘接试件实验,得到力学性能测试数据。通过准静态拉伸试验机测试胶粘剂的性能参数,并且测试得到不同应力状态下不同胶层厚度粘接试件的载荷-位移曲线,发现粘接试件失效强度随胶层厚度增大而减小,而失效位移随胶层厚度增大而增大。不同应力状态下的粘接试件相比,随胶层厚度增加嵌接试件失效强度下降更大。应用DIC非接触式应变测量系统与电子应变引伸仪,测量试件失效前胶层的应变量及胶层在轴向方向的位移。(3)粘接试件有限元模型的仿真分析计算。首先建立不同胶层厚度粘接试件的有限元仿真模型,将试件拉伸试验得到的失效载荷分布施加到有限元模型中分析计算。从胶层失效前的Mises应力和主应力状态开始,比较不同胶层厚度粘接试件的应力状态及应力分布情况,然后通过有限元仿真与实验数据对比,判断厚度和应力状态对粘接强度的影响。总结胶层厚度对粘接试件力学性能测试的影响,根据分析模型计算,发现不同胶层厚度对接试件的有限元仿真模型的轴向最大应力一致,说明对接试件强度的变化主要受胶层颈缩引起的边界效应影响。而搭接和嵌接试件在胶层面边缘区域出现明显的应力集中现象,裂纹扩展从胶层端部开始,颈缩现象不明显。(4)提出粘接结构力学性能测试改进方法。分析拉伸过程中胶层颈缩产生的边界效应对粘接试件强度的影响,提出修正方案,建立修正方程,通过对胶层颈缩面积进行修正,得到修正后的试件强度。针对胶层颈缩产生的边界效应对粘接试件强度的影响,提出胶接结构力学性能测试改进方法,一是通过求解胶层颈缩面积的方法,得到粘接试件失效前胶层的横截面积,然后通过失效载荷除以颈缩后的横截面积求得修正后试件的强度。二是建立对应胶层厚度的粘接试件有限元分析模型,将实验测试得到的失效载荷带入分析模型中进行计算,求得模型仿真中胶层最大轴向应力。通过试验与有限元分析方法,求解粘接试件的真实强度,减小边界效应对强度测试的影响。