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粘接與點(diǎn)焊相結(jié)合的技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)粘焊)，是金屬薄板連接中的一種新興技術(shù)，80年代以來(lái)它受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。粘焊技術(shù)的研究，在理論上涉及化學(xué)、界面物理、界面化學(xué)以及材料科學(xué)等學(xué)科，是一種多學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)。在工程實(shí)際中粘焊技術(shù)已開(kāi)始得到重要應(yīng)用，但缺乏較完整的理論體系。文獻(xiàn)針對(duì)煙臺(tái)汽車(chē)制造廠的農(nóng)用車(chē)駕駛室底盤(pán)前橫梁實(shí)際的點(diǎn)焊構(gòu)件，以及相應(yīng)的粘接點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析。為進(jìn)一步研究其強(qiáng)度特性，本文則對(duì)它們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究并與數(shù)值分析結(jié)果作了對(duì)比分析，其結(jié)果對(duì)工程實(shí)際有參考價(jià)值。
所分析的兩種試件的不同之處僅在于接合部位，一種是僅靠焊點(diǎn)連接的，而另一種是先粘接后點(diǎn)焊的，本文對(duì)它們進(jìn)行了彎曲和扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。
該結(jié)構(gòu)因其截面圖如同帽子，故稱(chēng)其為帽式結(jié)構(gòu)。
制作試件時(shí)選用的材料是汽車(chē)薄鋼板。所用粘接劑為酚醛樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠，其材料參數(shù)是：E = 2.875GPa，0.415，G=1.06GPa。粘接后再點(diǎn)焊時(shí)的工藝及最佳參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)，這里不再說(shuō)明。
試驗(yàn)中采用電測(cè)法測(cè)勝點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)和枯接點(diǎn)揮結(jié)構(gòu)下底板中心線的應(yīng)力。
考慮到載荷和試件的對(duì)稱(chēng)性，彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)變片只貼了半邊。
扭轉(zhuǎn)時(shí)的下底板上主要是剪應(yīng)力，因此應(yīng)變片是按45度角斜貼的，所得到的應(yīng)力值與剪應(yīng)力的大小是一祥的。
點(diǎn)焊連接時(shí)，應(yīng)力明顯比焊點(diǎn)處的偏高，整條曲線表現(xiàn)出較大波動(dòng)性。而在粘接點(diǎn)焊連接時(shí)不論有無(wú)焊點(diǎn)應(yīng)力都比較均勻。它的大多數(shù)節(jié)點(diǎn)上的應(yīng)力差不多都在一條水平線，盡管在個(gè)別點(diǎn)有些分散，這大約是試驗(yàn)過(guò)程中的各種因素所致。
將實(shí)駿教據(jù)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行比較有重要憊義，它不儀可以直觀地驗(yàn)證數(shù)值分析的準(zhǔn)碗程度，更重要的是它能幫助我們賈清楚地觀察出各種因素的影響，以便找出在計(jì)算和實(shí)驗(yàn)中要改進(jìn)的地方，這對(duì)以后深入地進(jìn)行計(jì)算分析和實(shí)臉研究是有憊義的。一旦它呈現(xiàn)較好的一致性，就可以大大減小實(shí)驗(yàn)工作。這對(duì)在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中降低成本，縮短從研制到生產(chǎn)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，都是十分有意義的。
在數(shù)值分析中，上下板全部使用薄板單元，有限元單元?jiǎng)澐值碾y點(diǎn)和重點(diǎn)在于確定接合部位的單元形式，考慮到不同單元自由度數(shù)的匹配問(wèn)題及計(jì)算精度，本文在接合部位采用了三維實(shí)體單元，效果不錯(cuò)。所用三維實(shí)體元容易實(shí)現(xiàn)不同自由度數(shù)單元間的協(xié)調(diào)。該模型共有650個(gè)節(jié)點(diǎn)，576個(gè)薄板單元，16個(gè)焊點(diǎn)體單元和128個(gè)膠層體單元。
在彎曲載荷與扭轉(zhuǎn)載荷作用下，粘焊結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力分布的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果所顯示的規(guī)律性基本是一致的，這證明了數(shù)值分析有較好的可信度。但也存在著一些區(qū)別。最明顯的區(qū)別在于數(shù)量上，計(jì)算結(jié)果都比相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值大。存在這種差別的可能原因，主要有以下幾個(gè)方面：
(1)計(jì)算時(shí)采用的力學(xué)模型是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的，薄板單元只承受三個(gè)中面力，而測(cè)量的是表面應(yīng)力，這就很難精確地反映板厚的影響。
(2)因?yàn)槭潜”诮Y(jié)構(gòu)，其邊界條件按實(shí)際模擬比較困難。彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的是支座不可能讓試件實(shí)現(xiàn)自由滑動(dòng)，而是有一定摩擦力；扭轉(zhuǎn)時(shí)在所謂的固定端不可能實(shí)現(xiàn)理想的固定端約束，實(shí)際上有一定的松弛。
(3)由于摩擦，實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)際加到試件上的載荷難以達(dá)到標(biāo)稱(chēng)值的大小，比如說(shuō)，彎曲加載時(shí)，杠桿系統(tǒng)中的摩擦要起一定的作用，但本文對(duì)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有加以修正。
(4)扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)變片的角度誤差影響較大。
粘焊結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果下底面兩端都有一定的壓應(yīng)力，它們剛好處于兩端第一個(gè)焊點(diǎn)外，這可能是由于膠層的彈性模量小于鋼板的彈性模量和支座與結(jié)構(gòu)之間的摩擦阻力所致。
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