【摘 要】
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随着复合材料在车身轻量化领域上逐渐兴起,由于材料粘接技术具备粘接强度高,应力分布均匀、质量轻等优势特点,使得粘接技术在车身结构新型材料连接上受到越来越多的应用和推广。然而在车身轻量化方面随着复合材料粘接技术被逐渐广泛采用,对于粘接接头力学性能认识的不足致使材料粘接在诸多关键结构应用上受到限制。对结构件粘接接头的性能能否做到准确认识是汽车轻量化领域的关键所在。温度老化是影响铝合金胶粘剂性能的主要因素
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随着复合材料在车身轻量化领域上逐渐兴起,由于材料粘接技术具备粘接强度高,应力分布均匀、质量轻等优势特点,使得粘接技术在车身结构新型材料连接上受到越来越多的应用和推广。然而在车身轻量化方面随着复合材料粘接技术被逐渐广泛采用,对于粘接接头力学性能认识的不足致使材料粘接在诸多关键结构应用上受到限制。对结构件粘接接头的性能能否做到准确认识是汽车轻量化领域的关键所在。温度老化是影响铝合金胶粘剂性能的主要因素之一。针对温度老化对铝合金粘接接头的性能影响,本文选用Araldite(?)2015双组分环氧树脂粘合剂和6005A铝合金,根据汽车使用期间温度范围,对铝合金粘接接头静态剩余强度与疲劳性能在不同温度环境、老化时间作用下进行测试,主要研究内容如下:(1)针对特定温度随老化时间变化的老化剩余强度,采用环氧树脂粘合剂和铝合金基材,在正规的流程工艺下进行粘接,根据汽车服役温度范围,选取五组典型温度点(-40℃、-10℃、20℃、50℃、80℃),选取(0天、5天、10天、15天、20天)老化周期,对粘接接头进行老化试验并对老化后的接头进行准静态拉伸失效载荷测验,得到特定温度条件下粘接接头随时间变化的失效载荷趋势。通过对双组分环氧树脂粘合剂在DSC设备下进行测试以及观察失效断面形貌随温度老化的变化,分析粘接接头失效载荷变化原因。对五个温度点的老化时间与接头失效强度进行数据拟合,由拟合函数可对特定老化温度下任意老化时间的粘接试件失效强度进行估计,从而得到特定温度下随老化时间变化的失效强度预测模型。(2)针对特定温度随老化时间变化的疲劳寿命及疲劳强度,采用50℃温度条件,选取五组(0天、5天、10天、15天、20天)老化周期,选取(30%、40%、50%、60%)4个载荷等级对粘接接头进行循环载荷疲劳试验。根据试验数据,拟合得到50℃温度下不同老化周期的粘接接头应力循环次数S-N曲线。并根据数据结果得出老化周期对环氧树脂粘合剂粘接接头的疲劳性能影响趋势。在此基础上,通过代入老化周期天数自变量,通过函数拟合建立粘接接头应力循环次数S-N函数表达式,可对任意老化时间下的粘接试件的疲劳性能进行估计,并通过检验试验加以验证其准确性,从而建立特定温度下随老化时间变化的疲劳寿命疲劳强度预测模型。(3)针对随机变温度环境下随时间变化的剩余强度,通过特定温度老化静态剩余强度试验选取五个典型温度点下老化时间与剩余强度拟合曲线数据,对其求导可得到特定温度下老化剩余强度衰减率。选取五个典型温度点下最大的剩余强度衰减率作为试验参数进行再次拟合,得到任意温度条件下的剩余强度衰减率拟合曲线,并对单位时间内温度进行线型化得出平均温度下剩余强度衰减率,通过线型累积原理,建立随机变温度老化后剩余强度初始预测模型。在此基础上,根据汽车实际运行环境设计预测试验,建立预测偏差修正系数与变变温度持续时间以及变温度过程平均温度等温度特征中关键性因素的二元拟合函数表达式并加以验证,使预测偏差在可接受范围内,由拟合函数可对变温度下任意老化时间的粘接试件的剩余强度进行估计,从而构建随机变温度老化后剩余强度预测模型。
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