粘接结构广泛应用于机械制造以及航空航天等领域,对其粘接性能进行优化可以改善航空设备的承载能力。本文以双悬臂梁及搭接接头两种常见的金属粘接结构为研究对象,对其界面粘接性能以及结构优化等问题进行分析。首先,保持界面应力最大值以及粘接构件完全失效时的断裂能不变,基于能量的观点,研究了粘接界面不同内聚力模型形状参数之间的关系,实现了粘接界面不同本构模型之间的相互转换。其次,分析了几何尺寸等参数变化对粘接构件承载能力的影响,得到了不同影响因素对其粘接性能的作用规律。最后,将粘接构件的仿真结果作为样本点,对其粘接性能进行优化,较好地提高了粘接设备的使用寿命。本文具体研究内容如下:1.对粘接结构的界面参数进行研究,分别采用了指数型、多项式、三线型以及双线性等不同形状的内聚力模型表征粘接结构的界面力学性能。保持粘接结构的界面应力最大值以及断裂能不变,根据界面张力位移关系推导了各模型形状参数之间的关系。其中,任意两种模型之间的形状参数均可互相表示。2.基于改进的遗传算法以及粒子群算法反演识别了铝合金粘接构件法向及切向界面参数。将指数型模型参数作为参考,多项式、双线性以及三线型模型法向界面形状参数反演识别结果与预测值的相对误差分别为1.76%、3.13%以及1.54%,切向界面形状参数反演识别结果与预测值之间的相对误差分别为2.84%、4.83%和3.55%。两者误差较小,验证了所推导关系的准确性。3.分析了双金属粘接构件几何尺寸等参数变化对其粘接性能的影响,为后续粘接结构的性能优化提供仿真数据。对于双悬臂梁粘接结构,当胶层较薄时,适当增加钢板厚度以及胶层厚度可提高粘接结构的界面承载能力。当胶层厚度达到某一定值后,粘接性能无较明显变化。在加工过程中,应重点排除可能出现的微小裂纹。对于搭接接头,危险点为接头端部。在一定范围内,适当增加铝合金板的厚度、搭接长度以及胶层厚度,可提高搭接接头的粘接强度。胶层过厚反而会降低接头的粘接强度。4.以双金属粘接构件的铝合金板厚度、钢板厚度、胶层厚度、搭接长度以及临界张开位移为设计变量,将有限元仿真结果作为样本点,采用正交实验设计以及多项式拟合的方法对其粘接强度进行预测。采用多目标遗传算法对其粘接性能进行优化,得到了粘接结构整体性能相对较优的设计方案。