車用復合材料膠粘連接的有限元分析

性能分析與控制

車用復合材料膠粘連接的有限元分析

將復合材料用在汽車行業中，可實現汽車的輕量化。但是，復合材料高昂的成本限制了其應用。目前，復合材料僅在車頂板、翼子板、儀表板和內飾板上應用。而這涉及到復合材料與傳統金屬材料的連接，為了保證汽車結構組件的完整性，對復合材料和傳統金屬材料的連接采用了膠粘連接技術。此外，對于復雜的汽車零部件，開始采用模塊化生產，通過較小結構件的膠粘得到復雜零部件，以提高生產效率，但這些膠粘連接處的連接特性直接影響汽車的使用壽命。對此，利用有限元分析方法對復合材料與金屬材料膠粘連接處的連接特性進行分析。

利用有限元分析方法對膠粘連接處的連接特性進行了以下分析和試驗。①進行車用復合材料和金屬材料特性的確定，選用厚度3mm的玻璃纖維增強聚丙烯（GFPP）和厚度3mm的碳纖維增強聚酰胺（CFPA）作為車用復合材料，以及厚度1mm的先進高強度合金鋼作為金屬材料。②利用有限元軟件Abaqus建立復合材料和金屬材料膠粘連接處的有限元模型，并對建立的有限元模型施加約束條件。③根據美國材料與試驗協會（ASTM）D1002標準，對膠粘連接處進行剪切強度的有限元分析和剝離強度的有限元分析。剪切強度分析按照ASTM D1002標準，剝離強度分析按照ASTM 5109標準。利用逆向工程對有限元分析方法的有效性進行驗證。逆向驗證時，先進行膠粘連接樣品的制備，并對樣品的剪切強度和剝離強度進行物理測試。④對樣品的連接特性進行有限元分析，將分析結果與試驗結果對比。結果顯示，試驗結果與有限元分析結果具有較高的一致性。因而，可利用有限元方法對復合材料膠粘連接處的連接特性進行分析。

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

編譯：張振偉