沖擊載荷下膠接接頭力學(xué)性能研究.pdf

1、本文首次以膠接夏比(Charpy)試樣為研究對(duì)象，采用試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，以優(yōu)化接頭結(jié)構(gòu)、提高膠接接頭沖擊性能為目標(biāo)，在綜述國(guó)內(nèi)外膠接接頭動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討了固化工藝、膠層厚度、鋼被粘物表面粗糙度及石墨填料對(duì)膠接接頭沖擊韌度的影響,以及在沖擊載荷下膠接接頭應(yīng)力分布隨時(shí)間的變化。 首先探討了固化工藝對(duì)膠接夏比接頭沖擊韌度測(cè)試值影響。在膠粘劑固化過程中，膠粘劑的固化程度、膠層內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生以及固化產(chǎn)物的性質(zhì)等共

2、同作用，間接影響膠接接頭的抗沖擊性能好壞。試驗(yàn)結(jié)果表明,固化溫度從60℃增加到120℃時(shí)，沖擊韌度值變化顯著：當(dāng)固化時(shí)間為1 h時(shí)，結(jié)構(gòu)鋼膠接接頭的沖擊韌度先隨固化溫度的提高而有所上升，在90℃時(shí)達(dá)到最大值，其后隨溫升而降低；且固化時(shí)間為2h的測(cè)試結(jié)果峰值與1h的相比在稍低的溫度下即出現(xiàn)。并通過正交試驗(yàn)確定了最佳固化工藝； 用不同的砂紙?zhí)幚礓摫徽澄锉砻?，研究表面粗糙度?duì)沖擊韌度測(cè)試值的影響。結(jié)果表明，在所研究范圍內(nèi)，粗糙度剛開始

3、增大時(shí)，接頭沖擊韌度明顯提高，隨著粗糙度的繼續(xù)增大，接頭沖擊韌度逐漸回落，且在Ra=0.4μm（600 號(hào)砂紙打磨）時(shí)接頭沖擊韌度最大。該現(xiàn)象可從膠粘劑在粗糙表面的“機(jī)械嵌合”及膠液對(duì)基體表面潤(rùn)濕度的共同作用來解釋。 膠層厚度對(duì)沖擊韌度測(cè)試值的結(jié)果表明，在膠層厚度0.2 至1.0mm 之間時(shí)，適當(dāng)增加膠層厚度可以提高沖擊韌度測(cè)試值，沖擊韌度與膠層厚度的關(guān)系呈單峰曲線，當(dāng)膠層厚度為0.4mm時(shí)沖擊韌度最大。膠層厚度增大，有助于吸收

4、更多沖擊功；但太厚的膠層內(nèi)會(huì)存在過多的缺陷反而對(duì)接頭粘接強(qiáng)度帶來不利。 研究了石墨/環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠膠接接頭的沖擊韌度。在環(huán)氧樹脂基體中添加鱗片石墨，隨著石墨含量的增加，測(cè)試值先增大后減小，在石墨添加量為20％達(dá)到峰值，相比純樹脂膠接接頭的沖擊韌度提高了71.4％，是由于石墨粒子對(duì)環(huán)氧樹脂有一定的增韌作用；樹脂中添加了不同粒度的石墨，發(fā)現(xiàn)改變了接頭的破壞類型，且100 目石墨對(duì)應(yīng)的接頭沖擊韌度最好。 采用有限元模擬膠層厚度

5、對(duì)膠接接頭沖擊載荷下應(yīng)力分布的影響，結(jié)果表明，接頭的受撞擊部位和背部粘接邊界區(qū)承受應(yīng)力最大，為最危險(xiǎn)區(qū)域；膠層厚度為0.4mm時(shí)，膠層受撞擊點(diǎn)及其他各點(diǎn)的等效應(yīng)力峰值最理想，而膠層太薄和太厚都對(duì)接頭不利。 有限元模擬了被粘物表面粗糙度對(duì)單搭接接頭拉伸剪切載荷下應(yīng)力分布的影響.結(jié)果表明，Ra 從0.04mm 變?yōu)?.08mm時(shí)，各應(yīng)力的峰值普遍隨輪廓算術(shù)平均偏差Ra的增大而升高；界面的表面形貌使膠層和被粘物上相鄰點(diǎn)的Sy和Sxy