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(jié)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(yīng)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(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)及其影響因素進行了研究,得出了如下主要結(jié)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(jié)果表明:膠層中心截面上的應(yīng)力近似呈對稱分布,膠層下端各正應(yīng)力均為拉應(yīng)力,上端為壓應(yīng)力,膠層中心應(yīng)力最小,

2、離膠層中心越遠應(yīng)力及應(yīng)變越大。在沖擊開始時,膠層的應(yīng)力及應(yīng)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(chǔ)上,研究了沖擊塊質(zhì)量對膠接接頭夏比沖擊載荷下膠層應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)的影響。計算結(jié)果表明:增大沖擊塊質(zhì)量,膠層定義節(jié)點的應(yīng)力及應(yīng)變速率和大小有一定程度的上升,且沖擊塊質(zhì)量越大,膠層應(yīng)力及應(yīng)變上升速率越大且膠層等效應(yīng)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(zhì)量對膠層應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)

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(nèi)增大沖擊塊的質(zhì)量對兩種沖擊方式下膠層的應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)影響不大。
　　(3)在彈塑性有限元模型的基礎(chǔ)上,研究了沖擊塊半徑對膠接接頭受沖擊載荷時膠層的應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)的影響。計算結(jié)果表明:當(dāng)沖擊速率為3.2m/s,沖擊塊質(zhì)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(yīng)力及應(yīng)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(yīng)力。當(dāng)沖擊塊半徑為1mm和2

4、mm時,夏比沖擊時膠層的應(yīng)力及應(yīng)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(yīng)力及應(yīng)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(zhì)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(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)的影響。計算結(jié)果表明:隨著支座跨距的增加,膠層的各應(yīng)力及應(yīng)變逐漸減小,但是當(dāng)支座跨距超過40mm以后,對膠層的應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)影響不

5、大。當(dāng)支座跨距小于40mm時,對膠層所定義節(jié)點 A的應(yīng)力及應(yīng)變影響較大,其對應(yīng)節(jié)點處的塑性應(yīng)變近似為其他支座跨距下膠層對應(yīng)節(jié)點塑性應(yīng)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(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)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(jié)果表明:兩種沖擊方式下,膠層所定義節(jié)點的應(yīng)力及應(yīng)變隨著缺口尺寸的增加而減小,缺口尺

6、寸越大,膠層的應(yīng)力及應(yīng)變波動程度越大。實驗結(jié)果表明:當(dāng)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(dāng)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(jié)果與實驗結(jié)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(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)的影響。計算結(jié)果表明:當(dāng)膠層中心缺陷尺

7、寸不超過3mm×3mm時,對膠層的應(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)影響不大,繼續(xù)增大缺陷尺寸時,膠層的應(yīng)力及應(yīng)變顯著增大,當(dāng)缺陷尺寸為7mm×7mm時,膠層所定義節(jié)點的塑性累積應(yīng)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(yīng)變值,說明當(dāng)膠層中心缺陷尺寸控制在一定范圍內(nèi)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(yīng)力及應(yīng)變響應(yīng)的影響。結(jié)果表明:埃佐沖擊方