车用复合材料胶粘连接的有限元分析

性能分析与控制

车用复合材料胶粘连接的有限元分析

将复合材料用在汽车行业中，可实现汽车的轻量化。但是，复合材料高昂的成本限制了其应用。目前，复合材料仅在车顶板、翼子板、仪表板和内饰板上应用。而这涉及到复合材料与传统金属材料的连接，为了保证汽车结构组件的完整性，对复合材料和传统金属材料的连接采用了胶粘连接技术。此外，对于复杂的汽车零部件，开始采用模块化生产，通过较小结构件的胶粘得到复杂零部件，以提高生产效率，但这些胶粘连接处的连接特性直接影响汽车的使用寿命。对此，利用有限元分析方法对复合材料与金属材料胶粘连接处的连接特性进行分析。

利用有限元分析方法对胶粘连接处的连接特性进行了以下分析和试验。①进行车用复合材料和金属材料特性的确定，选用厚度3mm的玻璃纤维增强聚丙烯（GFPP）和厚度3mm的碳纤维增强聚酰胺（CFPA）作为车用复合材料，以及厚度1mm的先进高强度合金钢作为金属材料。②利用有限元软件Abaqus建立复合材料和金属材料胶粘连接处的有限元模型，并对建立的有限元模型施加约束条件。③根据美国材料与试验协会（ASTM）D1002标准，对胶粘连接处进行剪切强度的有限元分析和剥离强度的有限元分析。剪切强度分析按照ASTM D1002标准，剥离强度分析按照ASTM 5109标准。利用逆向工程对有限元分析方法的有效性进行验证。逆向验证时，先进行胶粘连接样品的制备，并对样品的剪切强度和剥离强度进行物理测试。④对样品的连接特性进行有限元分析，将分析结果与试验结果对比。结果显示，试验结果与有限元分析结果具有较高的一致性。因而，可利用有限元方法对复合材料胶粘连接处的连接特性进行分析。

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

编译：张振伟