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焊点间距对胶焊接头应力应变分布和强度的影响(2)

2009-07-15 阅读    

  2 胶焊接头的应力应变分布

  2.1 环氧树脂基胶粘剂的胶焊接头

  计算结果表明,五种焊点间距下胶焊接头中的应力应变相近,为清楚起见,仅给出a=10mm,30mm和50mm三种情况的应力应变分布。图3为采用高弹性模量的环氧树脂胶粘剂时,三种接头中钢板与胶层结合面附近,胶层中应力应变在X方向上的分布。

 

 

 

 

 

 

图3不同焊点间距的环氧树脂基胶粘剂胶焊接头搭接区中的应力应变分布
(a) 正应力;(b)剪应力;(c)正应变;(d)剪应变

  由图3a中搭接区正应力σ x 在X方向的分布可知,三种焊点间距的接头中,正应力的分布趋势基本相同。焊点区应力远高于胶层中的正应力,焊点边缘没有正应力集中焊点中心正应力最高;胶层中应力基本均匀分布,在搭接区左右两边缘处略有上升。随着焊点间距的增加,焊点内部的正应力略有减小,胶层中的正应力值基本不变化。

  图3b剪应力τ zx 在X方向的分布表明,各接头中焊点边缘存在剪应力集中,右边缘为拉伸剪应力峰,左边缘为压缩剪应力峰;搭接区胶层的剪应力呈边缘大、中部小的分布趋势,搭接区左右两边缘附近区域,剪应力值最大。焊点边缘上的拉伸和压缩剪应力峰值都随焊点间距的增大而有所减小;搭接区边缘附近的最高剪应力随焊点间距的增大基本不变。

  正应变ε x 的分布如图3c所示。从中可以看到,整个搭接区中正应变都很小。胶层中正应变大于焊点区,搭接区右侧胶层的正应变高于左侧。在靠近焊点边缘和搭接区边缘的胶层处,正应变值都比较高,搭接区右边缘附近的正应变值最高。搭接区边缘处的最大正应变随焊点间距的增加而略有增大。

  图3d为剪应变ε zx 的分布。可见剪应变值明显高于正应变值。搭接区中剪应变呈中部小、边缘大的分布趋势,表明剪应变主要分布在胶层区域,焊点区剪应变很小,焊点边缘没有剪应变集中,焊点内部剪应变均匀分布。焊点间距a从10mm增加到50mm,搭接区剪应变分布趋势不发生改变,搭接区边缘胶层的剪应变值略有增大。

  这一分析表明,采用高弹性模量胶粘剂时,在10~50mm内增大焊点间距,焊点区应力有所减小而搭接区边缘胶层中的应力应变仅略有升高,并不会明显减小接头的承载能力。此时采用较大的焊点间距减少焊点数量,对于节电和提高生产率具有积极的意义。

  2.2 丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头

  图4为采用低弹性模量胶粘剂,焊点间距为10mm, 30mm和50mm的三种接头中钢板与胶层结合面附近,胶层中应力应变在X方向上的分布。

图4不同焊点间距的丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头搭接区中的应力应变分布
(a)正应力;(b)剪应力;(c)正应变;(d)剪应变

  由图4a的正应力σ x 的分布可以看出,与高弹性模量胶粘剂胶焊接头类似,焊点处存在高正应力,胶层中正应力很小;不同的是,此时焊点边缘处存在正应力集中,右边缘为拉伸正应力峰,左边缘为压缩正应力峰。焊点边缘应力峰值随焊点间距的增大而增大,胶层中正应力基本不随焊点间距的改变而改变。

  搭接区中剪应力τ zx 的分布如图4b所示。剪应力也主要分布于焊点区域,胶层中剪应力接近于零。焊点两边缘处剪应力集中,两剪应力峰值接近。焊点内部和焊点边缘的剪应力都随焊点间距的增加而增大,胶层中的剪应力基本不随焊点间距的改变而改变。

  正应变ε x 的分布如图4c所示。焊点边缘处存在正应变集中,右边缘为拉伸正应变,左边缘为压缩正应变。焊点边缘处拉伸和压缩正应变峰值都随焊点间距的增加而增大。搭接区右边缘胶层中的正应变比搭接区中部胶层中的略高,应变值随焊点间距的增大基本不变。

  图4d中剪应变ε zx 在X方向上的分布表明,搭接区剪应变主要分布在胶层中,焊点处剪应变值远小于胶层中剪应变,剪应变在焊点内部基本均匀分布。胶层内的剪应变从焊点边缘到搭接区边缘逐渐增大,在搭接区边缘处达到最大。整个搭接区胶层中的剪应变都随焊点间距的增大而增大。

  从上述分析可见,采用低弹性模量的丙烯酸酯胶粘剂时,正应力、剪应力都在焊点处集中,应力集中程度随焊点间距的增加而增大;搭接区边缘胶层中的剪应变值也随焊点间距的增加而增大。丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头中主要有焊点承担载荷,焊点间距增大,对应相同板宽下焊点数的减小,必然会增加焊点处的应力值;同时胶焊接头的刚度也随焊点的减少而减小,接头抗变形能力减小,剪应变增大。对于接头的强度有不利影响。

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关键词:焊点,胶焊接头, | 作者 :

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