缺口對膠接接頭沖擊性能的影響.pdf

1、本文采用數(shù)值模擬與實驗相結合的方法,以對接膠接接頭為研究對象,以優(yōu)化膠接接頭的動態(tài)應力分布、提高膠接接頭的沖擊性能為目標,對金屬膠接接頭受沖擊載荷下的應力和應變響應及其影響因素進行了研究,得出了如下主要結論:
　　(1)采用有限元分析軟件 ANSYS/LS-DYNA,建立了金屬對接膠接接頭受夏比沖擊載荷作用下的彈塑性模型。計算結果表明:膠層中心截面上的應力近似呈對稱分布,膠層下端各正應力均為拉應力,上端為壓應力,膠層中心應力最小,

2、離膠層中心越遠應力及應變越大。在沖擊開始時,膠層的應力及應變都是先急劇上升,達到一定值之后上升速率趨于平緩。
　　(2)在彈塑性有限元模型的基礎上,研究了沖擊塊質量對膠接接頭夏比沖擊載荷下膠層應力及應變響應的影響。計算結果表明:增大沖擊塊質量,膠層定義節(jié)點的應力及應變速率和大小有一定程度的上升,且沖擊塊質量越大,膠層應力及應變上升速率越大且膠層等效應力的屈服點有所提高,但上升幅度不大。與埃佐沖擊載荷下沖擊塊質量對膠層應力及應變響應

3、的影響相同,說明在沖擊速率為3.2m/s的情況下,在一定范圍內增大沖擊塊的質量對兩種沖擊方式下膠層的應力及應變響應影響不大。
　　(3)在彈塑性有限元模型的基礎上,研究了沖擊塊半徑對膠接接頭受沖擊載荷時膠層的應力及應變響應的影響。計算結果表明:當沖擊速率為3.2m/s,沖擊塊質量為2.52kg時,隨著沖擊塊半徑的增加,兩種沖擊方式下膠層的各應力及應變隨之增大,但是沖擊塊半徑的增加并沒有明顯的增大膠層的應力。當沖擊塊半徑為1mm和2

4、mm時,夏比沖擊時膠層的應力及應變出現(xiàn)一定程度的波動,繼續(xù)增大沖擊塊半徑時膠層的應力及應變曲線變平滑。兩種沖擊方式下,沖擊塊半徑為3mm是比較合適的。
　　(4)采用彈塑性有限元模型,研究了沖擊塊質量為2.52kg,沖擊速率為3.2m/s,沖擊塊半徑為3mm時,支座跨距對夏比沖擊載荷下膠層應力及應變響應的影響。計算結果表明:隨著支座跨距的增加,膠層的各應力及應變逐漸減小,但是當支座跨距超過40mm以后,對膠層的應力及應變響應影響不

5、大。當支座跨距小于40mm時,對膠層所定義節(jié)點 A的應力及應變影響較大,其對應節(jié)點處的塑性應變近似為其他支座跨距下膠層對應節(jié)點塑性應變的2.5倍,因此,對膠接接頭進行夏比沖擊時,支座跨距為40mm比較合適。
　　(5)采用數(shù)值模擬研究了兩種沖擊方式下,缺口尺寸對膠層應力及應變響應的影響,并用實驗方法研究了缺口尺寸對膠接接頭沖擊韌度的影響。有限元計算結果表明:兩種沖擊方式下,膠層所定義節(jié)點的應力及應變隨著缺口尺寸的增加而減小,缺口尺

6、寸越大,膠層的應力及應變波動程度越大。實驗結果表明:當缺口尺寸為2mm時,兩種沖擊方式下,接頭的沖擊吸收功均為最大,繼續(xù)增大膠層的缺口尺寸,接頭的沖擊吸收功逐漸下降。接頭的沖擊韌度則隨著缺口尺寸的增加而增大,一開始增加比較緩慢,當缺口尺寸超過4mm時,膠層的沖擊韌度急劇增大。有限元模擬結果與實驗結果相吻合。
　　(6)采用彈塑性有限元模型,研究了兩種沖擊方式下,膠層中心缺陷對膠層應力及應變響應的影響。計算結果表明:當膠層中心缺陷尺

7、寸不超過3mm×3mm時,對膠層的應力及應變響應影響不大,繼續(xù)增大缺陷尺寸時,膠層的應力及應變顯著增大,當缺陷尺寸為7mm×7mm時,膠層所定義節(jié)點的塑性累積應變都顯著大于其他缺陷尺寸下膠層所定義節(jié)點的塑性應變值,說明當膠層中心缺陷尺寸控制在一定范圍內時,對膠接接頭的沖擊性能影響不大,若缺陷尺寸過大,則會顯著降低接頭的承載能力。
　　(7)對比分析了夏比和埃佐兩種沖擊方式對膠層所定義節(jié)點的應力及應變響應的影響。結果表明:埃佐沖擊方