受端面扭轉(zhuǎn)圓盤狀金屬膠焊結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的數(shù)值研究.pdf

1、在對(duì)純膠接、點(diǎn)焊和膠焊工藝的國(guó)內(nèi)外研究分析形成深刻認(rèn)知和數(shù)值仿真技術(shù)的熟練模擬的基礎(chǔ)上，運(yùn)用彈塑性有限元法，建立循環(huán)對(duì)稱分析有限元3維模型，對(duì)提高圓盤狀金屬膠焊結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度進(jìn)行研究，在端面扭轉(zhuǎn)響應(yīng)下論證膠焊工藝制造圓盤狀金屬結(jié)構(gòu)的可行性，在確定焊點(diǎn)和膠層同時(shí)存在各自對(duì)應(yīng)力分布的影響后，發(fā)現(xiàn)通過(guò)實(shí)現(xiàn)載荷由焊點(diǎn)向膠層轉(zhuǎn)移或者改變載荷接觸順序由膠層到焊點(diǎn)的變化進(jìn)一步優(yōu)化應(yīng)力分布，提高承載強(qiáng)度。從合格熔核、焊點(diǎn)布置、膠粘劑優(yōu)選和母材選用完成參數(shù)

2、研究，總結(jié)考察參數(shù)對(duì)應(yīng)力分布的影響規(guī)律，得出了如下主要結(jié)論：
　　1)膠焊工藝制造金屬圓盤結(jié)構(gòu)并且在受端面加載扭矩的工作環(huán)境下，較點(diǎn)焊工藝和純膠接工藝有顯著的優(yōu)越性。膠層減緩點(diǎn)焊圓盤焊點(diǎn)邊緣的應(yīng)力集中，應(yīng)力分布滿足平面假設(shè)。焊點(diǎn)降低純膠接最大切應(yīng)力變化率，避免相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的增加，并且實(shí)現(xiàn)最大切應(yīng)力出現(xiàn)位置由圓盤外周邊向焊點(diǎn)邊緣轉(zhuǎn)移，強(qiáng)度提高。同時(shí)，膠焊工藝傳遞扭矩比純膠接工藝和點(diǎn)焊工藝有更大的載荷能力。
　　2)考慮合格焊核的

3、概念，對(duì)伴隨不同焊點(diǎn)尺寸焊點(diǎn)邊緣應(yīng)力值曲線擬合，發(fā)現(xiàn)6.4mm焊點(diǎn)尺寸有最好的應(yīng)力分布和載荷轉(zhuǎn)移方向，完成優(yōu)化焊點(diǎn)邊緣應(yīng)力峰值和實(shí)現(xiàn)載荷由焊點(diǎn)向膠層轉(zhuǎn)移，提高承載能力。
　　3)考慮焊點(diǎn)布置時(shí)，曲線擬合發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)徑向位置大于22mm能夠完成圓盤外邊緣最大切應(yīng)力向焊點(diǎn)邊緣轉(zhuǎn)移，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度改善。在完成扭轉(zhuǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，焊點(diǎn)徑向位置愈靠近內(nèi)邊緣，愈有利于載荷向膠層轉(zhuǎn)移，優(yōu)化應(yīng)力分布。徑向位置確定后焊點(diǎn)周向數(shù)目的分布，在形成剛度對(duì)稱的基

4、礎(chǔ)上數(shù)量增加，焊點(diǎn)和膠層同時(shí)接觸載荷抵抗變形，載荷承載順序得到優(yōu)化，膠層間接提高剛度，圓盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加。但是4個(gè)焊點(diǎn)可以保證施加相同扭矩使焊點(diǎn)承載能力小于飽和容量。
　　4)從優(yōu)選膠粘劑提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考慮，膠層厚度不變，選擇較大彈性模量的膠粘劑，膠層內(nèi)聚力增加，高聚物的柔性降低，接觸載荷時(shí)有更小的變形位移，界面結(jié)合力有更高的概率抵抗變形，有利于載荷向膠層轉(zhuǎn)移，膠粘劑出現(xiàn)的貢獻(xiàn)加強(qiáng)。膠粘劑確定后減小膠層厚度，能夠進(jìn)一步改善應(yīng)力分布，提

5、高膠焊強(qiáng)度，承載能力增加。金屬界面牽引固化膠層變形，釋放固化膠層內(nèi)的彈性，膠層儲(chǔ)存彈性能，在施加載荷以后，沒(méi)有彈性變形的階段，越過(guò)彈性階段，界面結(jié)合力提前抵抗變形，提高膠接強(qiáng)度。
　　5)從選材考慮優(yōu)化應(yīng)力分布，材料彈性模量增加，載荷向焊點(diǎn)轉(zhuǎn)移，膠焊強(qiáng)度提高，承載能力改善，但是對(duì)膠層發(fā)揮承載作用不利。材料彈性模量降低，載荷向膠層轉(zhuǎn)移，焊點(diǎn)剛度下降，接觸載荷順序由焊點(diǎn)到膠層變?yōu)橛赡z層到焊點(diǎn)，膠層首先接觸載荷，使內(nèi)聚力達(dá)到飽和狀態(tài)，等