[发明专利]一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法

说明书

本发明公开了一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，包括步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力；步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。

技术领域

本发明属于粘接结构断裂失效评价领域，具体涉及的是一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法。

背景技术

目前随着对汽车燃油经济性和排放性能要求日益严苛，除了发展新能源汽车与高效率发动机外，减轻车身结构的重量也是实现节能减排的一项重要技术途径。多材料车身不仅能够较明显的减轻车身重量还能提高车身的各项性能，将是未来车身结构的发展趋势。多材料车身中异种材料的连接成为亟待解决的关键技术之一。粘接技术作为新型连接方式能够在不破坏连接材料的前提下实现异种材料的连接而且粘接结构还具有承载面积大，粘接面应力分布均匀等优点。车身粘接结构在实际服役过程中，断裂失效是其主要的失效形式，断裂失效发生时一般都难以察觉并且具有突发性。断裂失效一旦发生，裂纹就会迅速延伸至胶层的大部甚至全部，因此其发生不易发现及预防。断裂失效在工程实践过程中一旦发生往往会造成巨大危害，因此对粘接结构断裂失效的研究具有重要意义。

失效准则是仿真模型预测粘接结构强度的基础，目前对于胶层较薄的粘接结构仿真比较成熟的是采用内聚力模型，内聚力模型针对粘接结构的失效设有多种失效准则供用户选择，常用的主要有最大名义应力准则、二次名义应力准则、最大应变准则、二次名义应变准则。这些失效准则是在纯拉与纯剪切状态下通过断裂载荷除以粘接面积建立，但通常情况下胶层中的应力分布不均匀并且应力成分也不唯一，而是正剪应力同时存在，因此这些失效准则并不准确。另外，由于目前缺乏专门针对粘接结构在复杂应力状态下的断裂失效分析方法，导致粘接结构目前主要应用于车身中受力不大的非承载结构件上，限制粘接结构在工程上的进一步应用。

发明内容

本发明设计开发了一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，能够确定粘接接头的初始失效应力并确定等效应力，并通过等效应力作用粘结结构，更贴近真实失效过程，提高粘接结构断裂失效分析过程的准确性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，包括：

步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；

步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；

其中，所述初始失效应力包括三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz；

步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力：

式中，σ_eq为等效应力，σ_m为应力球张量；

步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。