机械设计制造及其自动化外文翻译--一个简单力学模型的结构混合粘接剂或铆接单搭接接头

1、.中文译文一个简单力学模型的结构混合粘接剂或铆接单搭接接头摘要一个简单的力学模型，再现了行为的结构混合胶/铆接单搭接接头。该模型已应用于接头刚性氰基丙烯酸酯胶粘剂和钢管铆钉。键图形的技术已被使用，以便获得该模型的方程。这些方程依赖于四个参数，可以被认为是接头的特性。有了这些参数的模型就能非常精确地再现实验曲线。 2006年由Elsevier公司出版关键词：力学模型，接头设计，机械性能的粘合剂，氰基丙烯酸酯1.引言混合接头导致从组合的焊接或机械接头（铆接，螺纹等）用粘合剂。这些接头是一个伟大的技术意义，因为它们允许结合起来，并在一些情况下，各种联合1-3，以提高单独效果。这些接头的属性将不仅取决

2、于粘合剂的性质和特性，而且还取决于所用的机械系统，在设计上的相容性，对序列，以及用于作出所述混合接头上的条件4-7。混合接头使用在许多工业领域（航空，自动化，造船等行业），因此，它们的性质比那些简单的接头（粘接，焊接，或机械固定）更好8,9。混合接头也被考虑到修复和改善耐损伤性10,11。混合接头的主要优点可以归纳为以下的方式。他们有l 高静强度、更好的抗剥落和抗疲劳，l 更坚硬的结构，l 密封接头和更好的抗腐蚀性，l 无需额外的固定，同时进行固化的胶粘剂两个阶段的裂解过程中，使得它更容易和更安全的在之前检测到关节断裂。如果测试的每个单独的接头都是重叠的，那么通常混合接头通常表现为运行中。如果

3、粘 合剂及力学系统得到充分的选择，这将可能得到具有不同特性模式的接头。l 更好的刚度（粘合剂）和高延展性（铆钉），l 静态强度（铆钉）和耐疲劳性（柔性粘合剂），l 机械强度（铆钉），耐腐蚀性（密封粘合剂）等。 尽管在某些情况下，相同性质的接头，可以提高两者单独系统的协同作用，但混合接头要想达到最好的性能，构成它的每一个元件将必须改进为不同的性质9,12。主要是通过有限元建模，在粘合剂和混合单搭接接头的力学性能模型进行分析。研究已表明了在二维和三维模型下，应力场抛出的接头与紧固件、粘合剂、和附着件之间的载荷传递5,9,11。在本文中，结合弹簧和阻尼器的力学模型已经开发出来，再现了一个单圈混合接头

4、的行为（通过粘合剂和铆钉）。根据麦斯威尔模型，它是假定每个接头将具有一个在混合接头中，机械紧固件和粘接性能重叠的粘弹性性能。该模型的分辨率，根据两个铆钉和粘合剂的一些特征参数，使模型得到应用和推广到不同的组合这些连接系统或与他人进行的混合接头。2.模型该模型是一个出现在图1的几何铆钉胶粘剂混合接头。该模型假定接头会吸收它接收的负载，就好像有两个不同的接头同时工作一样。在这种方式中，刚性较大的组件将吸收的初始应力，而可塑性较强的组件会支持最终塑性应变。当元素之一到达其应力 - 应变曲线的最大限制，它就会断裂；因此，只有在联合的其他元素发挥作用和来自该模型的前一个元素被取消，它才不会断裂。该模型是

5、结合弹簧和阻尼器而设计的。弹簧是显示一个简单的接头是如何具有弹性的；而阻尼器是显示其不适应性的 13 。所提出的模型，其示意图示于图2，表示较高的分支的机械接头的行为反应，和一个较低的分支对应的胶接接头的行为。2.1.键合图键合图技术之所以被使用，是因为它可以在当模型非常复杂时，用一个简单的方法获得系统的方程。图3中的键合图是根据图2中的弹簧和阻尼器的布置设计出来的。微分方程支配图1 混合接头的几何图形 图2 提到的模型 图3，键合图。x，接头的伸长率；x1，弹簧1的伸长率；x2，阻尼器1的伸长率； x3，弹簧2的伸长率，x4，阻尼器2伸长率；v =dx/dt =f 1,测试速度（常数）；v1

6、= dx1=dt/f 4，弹簧1的速度，v2=dx2=dt/f 6，阻尼器1的速度；v3=dx3=dt/f 7，弹簧2的速度；v4=dx4=dt/f9，阻尼器2的速度，F¼=e1，总的合力； F1= e2，铆钉力；F2=e3粘结力。系统的行为模式，从图中使用的键合图技术 17 14得到其随后的解决方案。给出了图3中的元素和其表达式。根据键合图技术，保持流量与输入量的总和必须等于类型1结传出的伸长率的总和。对于结A和F，考虑下面的：相比之下，伸长率和传入流量的总和必须等于输出流类型0结的总和。对于结B，C，D和E，以下考虑的是：从结F伸长方程，以下考虑的是：相反，如果考虑到不同的栅极，

7、我们有推导公式（2）：考虑到式（3），考虑到式dt ¼ dx=v，以下是以类似式（4）和（5）中的方式出发，我们得到，式（6）和（7）解决方案如下：可以推断，从接头的每个元素的已知力伸长率关系得到的方程。考虑到式（1），可以为混合接头推导出理论力-延伸曲线的方程在式（10）中，可以看到给定的理论曲线取决于被指定为接头的特征参数其中的参数K1，K2，R1和R2。2.2 获取的特征参数对应于一个简单的接头（机械或粘接剂）的各特征参数的计算，是从上面给出的应力 - 应变曲线的方程实现的：从下面的微分方程，得到该方程：如果F是小的，如在第一部分中的曲线的观察，它是用F = Rv1计算，以便从

8、式（12），得到了如下：其中K估计通过取式（13）第一部分的两个分支曲线和系数f = x的交点，其值将接近K，来计算其结果的。极限式（11）中，当x时，在曲线的两个分支上给出了一个近似的最大受力值（破坏力Fr）Rv。对于V值是已知的（0.03毫米/秒），R被估计为：从个别接头的行为中，利用式（13）和（14）来获得该模型的特征参数，从而使得有可能求解方程（10）和定义该模型的行为。3.实验进行了以下三种类型的测试：粘合剂的单搭接接头，单搭接铆接和混合胶或铆单搭接接头。讨论了由一系列的一个弹簧和一个阻尼器组成的力学模型再现的两个一类型的行为。两个接头的模型特征参数已经被获得，并用于估计混合接头的

9、模型特征参数。对碳钢薄板试件在所有情况下，图1给出了其几何形状和尺寸的接头的制备。其他的几何形状和尺寸的测试不在本文中使用。用机电式万能试验机进行了测试。在样品上施加剪切应力和交叉力，并在一个恒定的速度下运行着，直到连接被破坏。根据EN10.002.2和ASTM-E4标准测试设备的精度。使用工作用精度为0.001mm进行引伸。粘合表面的处理是和所有的键合样品相似。使表面是使用240号SiC纸的网格。被接合之前存货样品用丙酮脱脂。用Loctite粘合剂480类结构的应用设计。制作混合接头，总是运用相同的序列：先进行表面的网格化和清洗，然后将铆钉放置在用于这一目的的孔中，最后用hanica接头的胶

10、粘剂立刻固定。无需等待以进行固化的粘接剂的情况下，由混合搭接接头的机械紧固，不影响上述接头的机械性能。事实上，在工业用途使用混合接头是如上所述的优点之一。4.结果与讨论分别示于图中4和5的两个特定的混合接头测试的力 - 伸长率曲线的重叠是由式（10）给出的力学模型中得到的。这些曲线呈现两个方面的区别：第一个对应于粘合剂的断裂和被称为头。一旦粘合剂被打破后，受力急剧下降。混合接头之所以不崩溃，是因为铆钉的支撑，但过渡时期可以看到它发生在实验曲线。当机械元件，现在对自己的行为，吸收力和由试验机采用伸长恢复其连续行为直到铆钉断裂和接头最后裂缝。这种曲线的第二区域被称为尾部。在汽车行业里，类似的观察结

11、果Meschut18混合动力接头的新型轻质材料在汽车行业的组合。结构接头的氰基丙烯酸酯类粘合剂的刚度和高的机械性能先前已被前面的19页分析了。该模型再现了混合联合的行为非常精确和清楚地识别了曲线的两个不同的区域（头和尾），虽然它并不反映产生一个和另一个之间的过渡阶段。如果测试总是在稳定的条件下进行，那么该模型的作用是意料之中的事情。该模型表明，在断裂点的一个组成部分中，当模型的一个分支停止工作和其他替代它的瞬间时，就不会带来一个短暂的阶段。特征参数的值已从实验数据和根据第2节中详述的模型中获得。表1示出了为混合接头的平均值进行了10次测试的特征参数和相应的标准偏差。这些偏差均小于15。更复杂的

12、接头，例如，含有一排铆钉，将在未来研究，但可能是这些接头的模型应该重现的行为，如果相应的力 - 伸长率曲线是在这项工作中所获得类似的但具有不同的设定的特征参数。图5 力伸长曲线测试和模型的一个特定测试表1平均值和混合接头特征参数的标准偏差K(kN/mm)(kN/mm)()R(kN·s/mm)(kN·/mm)()铆钉(K1,R1)粘接剂(K2,R2)8.458100.4090.71514.7908.514.782.616310.9193.5248.2424.32.75.结论1 结合弹簧和阻尼器的力学模型开发粘合剂混合接头铆钉的行为,因为得到的方程可以根据实验力伸长曲线调整。2

13、 该方程取决于四个特征参数（K1，R1， K2，R2）。所获得的这些参数的值表明，典型的最大偏差小于15%的考虑，作为一个结果，该模型描述的是接头。3 这些参数的值是类似于那些先前通过简单的接头（用铆钉固定和粘接）获得的参数值。出于这个原因，所提出的模型也体现混合接头使用对应于用于简单的接头模型相同的特征参数。致谢我们要感谢CICYT通过项目DIP02-04007-C02的财政支持。参考文献1 Pocius AV. Adhesion and adhesives technology. New York: Hanser; 1997.2 Adams RD, Wake WC. Structural

14、adhesive joints in engineering. London/New York: Publishers; 1986.3 Irning B. Applications widen for structural adhesives in metal to metal bonding. Weld J, 1994.4 Duran J, et al. Rev Metal Madrid 2005;41:2837.5 Maofeng Fu, Mallick PK. Fatigue of hybrid (adhesive/bolted) joints in SRIM composites. I

15、nt J Adhes Adhes 2001;21:14559.6 Darwish SM, Al-Samhan A. Design rationale of weld-bonded joints. Int J Adhes Adhes 2004;24:36777.7 Al-Samhan A, Darwish SMH. Strength prediction of weld-bonded joints. Int J Adhes Adhes 2003;23:238.8 Allan RC, Bird J, Clarke JD. The use of adhesives in the repair of

16、cracks in ship structures. Structural adhesives in engineering. Bristol, UK: Institution of Mechanical Engineers; 1986.9 Al-Samhan A, Darwish SMH. Int J Adhes Adhes 2003;23:238.10 Chan WS, Vedhagiri S. J Compos Mater 2001;35(12):104561.11 Kelly G. Compos Struct 2005;69:3543.12 Kinloch AJ. Adhesion a

17、nd adhesives science and technology. London: Chapman & Hall; 1990.13 Xu C, Siegmund T, Ramani K. Rate-dependent crack growth in adhesives I. Modelingapproach. Int J Adhes Adhes 2003;23:913.14 Blundell AJ. Bond graphs for modelling engineering systems. Chichester, UK, New York: Ellis Horwood, Halsted Press; 1982.15 Cellier F. Simulation 1992;58(4):23048.16 Granda JJ. Cellier FE. International conference on Bond Graph modelling ICBGM93, San Diego