性能分析與控制

車用復(fù)合材料膠粘連接的有限元分析

將復(fù)合材料用在汽車行業(yè)中，可實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化。但是，復(fù)合材料高昂的成本限制了其應(yīng)用。目前，復(fù)合材料僅在車頂板、翼子板、儀表板和內(nèi)飾板上應(yīng)用。而這涉及到復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料的連接，為了保證汽車結(jié)構(gòu)組件的完整性，對(duì)復(fù)合材料和傳統(tǒng)金屬材料的連接采用了膠粘連接技術(shù)。此外，對(duì)于復(fù)雜的汽車零部件，開始采用模塊化生產(chǎn)，通過較小結(jié)構(gòu)件的膠粘得到復(fù)雜零部件，以提高生產(chǎn)效率，但這些膠粘連接處的連接特性直接影響汽車的使用壽命。對(duì)此，利用有限元分析方法對(duì)復(fù)合材料與金屬材料膠粘連接處的連接特性進(jìn)行分析。

利用有限元分析方法對(duì)膠粘連接處的連接特性進(jìn)行了以下分析和試驗(yàn)。①進(jìn)行車用復(fù)合材料和金屬材料特性的確定，選用厚度3mm的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯（GFPP）和厚度3mm的碳纖維增強(qiáng)聚酰胺（CFPA）作為車用復(fù)合材料，以及厚度1mm的先進(jìn)高強(qiáng)度合金鋼作為金屬材料。②利用有限元軟件Abaqus建立復(fù)合材料和金屬材料膠粘連接處的有限元模型，并對(duì)建立的有限元模型施加約束條件。③根據(jù)美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）D1002標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)膠粘連接處進(jìn)行剪切強(qiáng)度的有限元分析和剝離強(qiáng)度的有限元分析。剪切強(qiáng)度分析按照ASTM D1002標(biāo)準(zhǔn)，剝離強(qiáng)度分析按照ASTM 5109標(biāo)準(zhǔn)。利用逆向工程對(duì)有限元分析方法的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。逆向驗(yàn)證時(shí)，先進(jìn)行膠粘連接樣品的制備，并對(duì)樣品的剪切強(qiáng)度和剝離強(qiáng)度進(jìn)行物理測試。④對(duì)樣品的連接特性進(jìn)行有限元分析，將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。結(jié)果顯示，試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果具有較高的一致性。因而，可利用有限元方法對(duì)復(fù)合材料膠粘連接處的連接特性進(jìn)行分析。

Umesh Gandhi et al.SAE 2016-01-0502.

編譯：張振偉