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在对纯胶接、点焊和胶焊工艺的国内外研究分析形成深刻认知和数值仿真技术的熟练模拟的基础上,运用弹塑性有限元法,建立循环对称分析有限元3维模型,对提高圆盘状金属胶焊结构承载强度进行研究,在端面扭转响应下论证胶焊工艺制造圆盘状金属结构的可行性,在确定焊点和胶层同时存在各自对应力分布的影响后,发现通过实现载荷由焊点向胶层转移或者改变载荷接触顺序由胶层到焊点的变化进一步优化应力分布,提高承载强度。从合格熔核、焊点布置、胶粘剂优选和母材选用完成参数研究,总结考察参数对应力分布的影响规律,得出了如下主要结论: 1)胶焊工艺制造金属圆盘结构并且在受端面加载扭矩的工作环境下,较点焊工艺和纯胶接工艺有显著的优越性。胶层减缓点焊圆盘焊点边缘的应力集中,应力分布满足平面假设。焊点降低纯胶接最大切应力变化率,避免相对扭转角的增加,并且实现最大切应力出现位置由圆盘外周边向焊点边缘转移,强度提高。同时,胶焊工艺传递扭矩比纯胶接工艺和点焊工艺有更大的载荷能力。 2)考虑合格焊核的概念,对伴随不同焊点尺寸焊点边缘应力值曲线拟合,发现6.4mm焊点尺寸有最好的应力分布和载荷转移方向,完成优化焊点边缘应力峰值和实现载荷由焊点向胶层转移,提高承载能力。 3)考虑焊点布置时,曲线拟合发现焊点径向位置大于22mm能够完成圆盘外边缘最大切应力向焊点边缘转移,扭转强度改善。在完成扭转危险点转移的基础上,焊点径向位置愈靠近内边缘,愈有利于载荷向胶层转移,优化应力分布。径向位置确定后焊点周向数目的分布,在形成刚度对称的基础上数量增加,焊点和胶层同时接触载荷抵抗变形,载荷承载顺序得到优化,胶层间接提高刚度,圆盘结构强度增加。但是4个焊点可以保证施加相同扭矩使焊点承载能力小于饱和容量。 4)从优选胶粘剂提高结构强度考虑,胶层厚度不变,选择较大弹性模量的胶粘剂,胶层内聚力增加,高聚物的柔性降低,接触载荷时有更小的变形位移,界面结合力有更高的概率抵抗变形,有利于载荷向胶层转移,胶粘剂出现的贡献加强。胶粘剂确定后减小胶层厚度,能够进一步改善应力分布,提高胶焊强度,承载能力增加。金属界面牵引固化胶层变形,释放固化胶层内的弹性,胶层储存弹性能,在施加载荷以后,没有弹性变形的阶段,越过弹性阶段,界面结合力提前抵抗变形,提高胶接强度。 5)从选材考虑优化应力分布,材料弹性模量增加,载荷向焊点转移,胶焊强度提高,承载能力改善,但是对胶层发挥承载作用不利。材料弹性模量降低,载荷向胶层转移,焊点刚度下降,接触载荷顺序由焊点到胶层变为由胶层到焊点,胶层首先接触载荷,使内聚力达到饱和状态,等焊点接触载荷,胶层界面结合相互作用力即开始抵抗外力形变,胶粘剂高聚物储存弹性能,胶层界面结合力相互作用加剧,胶接强度提高,承载强度提高。母材确定后,改变板厚可以进一步改善应力分布,金属板在一定区间愈薄,承载强度提高。