车联网-环氧基结构胶粘剂的力学性能表征

环氧基结构胶粘剂的力学性能表征应鹏飞清华大学 车辆与运载学院 2019 年 10 月 22 日ypf18@参加 2019 中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！目录l概述l结构胶固体力学本构简介l基于力学本构的实验设计l基本实验和验证实验对标l总结与展望2参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！概述3《Structural Bonding of Lightweight Cars-Crash durable, safe and economical》 Solution from Dow Automotive Systems丙烯酸树脂基（含无氧硬化型）、聚氨酯基、有机硅基、环氧树脂基结构胶的分类 STRUCTUREAL ADHESIVES from Ploymer Properties Database 通用性好，能为大多数的塑料、金属和玻璃母材提供较强的剪切强度，热硬化后有好的耐热性和耐化学性，有高内聚强度和低的体积缩减。

环氧树脂基胶黏剂电阻点焊、胶接、固相连接（搅拌摩擦点焊）、机械连接（铆接等）、FDS （Flow drill screw ）、FBJ （Friction bit joining ）、阶级冲头无铆钉铆接等车身连接技术STRUCTUREAL ADHESIVES from Ploymer Properties Database轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战-机械工程学报《3M Scotch-Weld Structural Adhesives》 from 3M science参加 2019 中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！目录l概述l结构胶固体力学本构简介l基于力学本构的实验设计l基本实验和验证实验对标l总结与展望4参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！()1eD C σε→=-2221211021:0(1)1313Y J I a I f a D D D ττ=++-=---()222212:311YJ a I f DD τ**=+---p212=13f s a I l D λελσ*∙*∂⎛⎫=+ ⎪∂-⎝⎭()2~~1222:123v r D J a I γλ∙∙*⎛⎫=-=+ ⎪⎝⎭()001ln lnY mR C γγττγγ∙∙∙∙⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪=++-⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()1exp R q br Hr=--+⎡⎤⎣⎦22tr γε∙∙⎛⎫= ⎪⎝⎭1I trσ=()()221/2J tr s=Damage indicatorBased on LS-DYNA 弹性特征：屈服面：非关联塑性流动势函数：硬化行为：内变量（率形式）：其它关系：参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！连续损伤模型：()1exp R q br Hr=--+⎡⎤⎣⎦()001ln lnY mR C γγττγγ∙∙∙∙⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪=++-⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦22tr γε∙∙⎛⎫= ⎪⎝⎭/m eqT σσ=1/3m I σ=23eq J σ=11,,n c f c f cn v cv v v f c f cr r D D r r nD D n γγγγγγγγγγγγγγ∙-∙∙∧∙∙-∙∙∨∙-⎛⎫== ⎪--⎝⎭-⎛⎫== ⎪--⎝⎭()()1234012340exp 1ln exp 1ln c c c f d d d T d d d d T d γγγγγγ∙∙∙∙⎛⎫⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭率效应ADD_COHESIVE()()111121121212xx xx yy yy zz zz xy xy yz yz zx zx E σενννσενννσενννσενννσενσεν-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-+-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ ()()()332313000xx yy zz xy yz zx t t t εεδδεεδδεδδε⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦123zx yz zz t t t σσσ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦112233T TN t E t E t E δδδ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦部分函数图像：参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！目录l概述l结构胶固体力学本构简介l基于力学本构的实验设计l基本实验和验证实验对标l总结与展望7参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！目标材料本构参数和基本实验种类概览胶材实体的单向拉伸胶材薄层的Arcan拉伸胶材薄层的纯剪切中高应变率单向拉伸参加2019中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！受实验设计约束的应变状态纯剪状态平面应力状态平面应变状态2222101020222222101022222222210102223324333243112113113124a a a a a a a a a a a a a a a τττττσσττνννσσννν⎧⎪+=⎪⎪⎪⎪++=⎨⎪⎪-++⎪⎛⎫⎛⎫⎛⎫++= ⎪ ⎪⎪⎪+--⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎪⎩122221111231xx xyI J υσυυστυ+=--⎛⎫=+ ⎪-⎝⎭在薄胶层条件下：屈服面拟合方程：参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！塑性硬化行为平面应力的单向拉伸下：100000000σσ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦11I σ=1112003003003s σσσ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦p1p p2p 2000000εεεε∙∙∙∙⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦塑性泊松比1211212112122003322001313320033a s a I l a D D a σσσλλσσσ****⎡⎤+⎢⎥⎢⎥⎛⎫⎢⎥+=-+ ⎪⎢⎥--⎝⎭⎢⎥⎢⎥-+⎢⎥⎣⎦()21221a υυ*-=+()222212:311YJ a I f DD τ**=+---p212=13f s a I l D λελσ*∙*∂⎛⎫=+ ⎪∂-⎝⎭1p 212p 12112332233a a σσευσσε∙*∙*-+=-=+参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！损伤行为()()()()1,1,11,12,23,3,0.331,12,2,0exp 0.33I c f I I I c f I I c f r d r d d d r d d =⎧⎪⎪=+-⨯⎨⎪=+⎪⎩/m eqT σσ=1/3m I σ=23eq J σ=()()1234012340exp 1ln exp 1ln c c c f d d d T d d d d T d γγγγγγ∙∙∙∙⎛⎫ ⎪⎡⎤=+-+⎣⎦⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪⎡⎤=+-+⎣⎦⎪⎝⎭损伤起始点损伤终止点11,,n c f c f cn v cv v v f c f cr r D D r r nD D n γγγγγγγγγγγγγγ∙-∙∙∧∙∙-∙∙∨∙-⎛⎫== ⎪--⎝⎭-⎛⎫== ⎪--⎝⎭损伤形状参数由损伤曲线形状直接判断参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！222:0(1)Y f D ττ=-=-纯剪切条件下，损伤发生前，屈服方程退化：2221211021:0(1)1313Y J I a I f a D D D ττ=++-=---()1exp R q br Hr=--+⎡⎤⎣⎦上式直接和内变量建立关联，即完成参数标定：()001ln ln Y m R C γγττγγ∙∙∙∙⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪=++-⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()()1234012340exp 1ln exp 1ln c c c f d d d T d d d d T d γγγγγγ∙∙∙∙⎛⎫⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭⎛⎫⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭三线模型的对标原则上需要进行大量的试验进行标定，但是可以通过评估实际工况的应变率范围简化成线性模型，进而减小实验矩阵，关于损伤的应变率效应的标定可以通过工程逆向。

内变量相关的流动行为率效应参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！13MAT-252 from LS-DYNA屈服面：222210102212223:0(1)3124Y a a J a I f D D a a τττ∧⎛⎫=++-+= ⎪--⎝⎭弹性描述：()1eD C σε→=-损伤因子弹性段可标定弹性参数1I tr σ=()()221/2J tr s =胶材实体的单向拉伸由不同应力状态屈服点位置完成标定圆筒拉扭和多角度Arcan 实验或纯剪切等多应力状态实验塑性流动及势函数：()222212:311YJ a I f DD τ**=+---p212=13f s a I l D λελσ*∙*∂⎛⎫=+ ⎪∂-⎝⎭()21221a υυ*-=+1p 212p12112332233a a σσευσσε∙*∙*-+=-=+损伤因子：()()1234012340exp 1ln exp 1ln c c c fd d d Td d d d T d γγγγγγ∙∙∙∙⎛⎫⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭⎛⎫ ⎪⎡⎤=+-+⎣⎦ ⎪⎝⎭/m eqT σσ=1/3m I σ=23eq J σ=由实验塑性段标定塑性流动参数其它变量关系：1,n v cv v v f c f cD D n γγγγγγγγγ∙-∙∙∨∙-⎛⎫== ⎪--⎝⎭由不同应力状态的连续损伤结果进行标定()001ln ln Y m R C γγττγγ∙∙∙∙⎡⎤⎛⎫⎢⎥ ⎪=++-⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦()1exp R q br Hr=--+⎡⎤⎣⎦22tr γε∙∙⎛⎫= ⎪⎝⎭()2~~1222:123vr D J a I γλ∙∙*⎛⎫=-=+ ⎪⎝⎭内变量：需要纯剪切实验和不同应变率下的其他实验参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！目录l概述l结构胶固体力学本构简介l基于力学本构的实验设计l基本实验和验证实验对标l总结与展望14参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！(a)0.0005 s-1 (b) 10s-1 (c) 100s-1单向拉伸参加2019中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！纯剪切和Arcan0°拉伸(a) Shear (b) Arcan 0°参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！其他验证实验多角度薄胶层Arcan 实验多工况薄胶层圆筒拉扭参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！T型件冲击实验AisinDow失效形式主要呈现内聚失效模式参加 2019 中国汽车工程学会年会阅读，请勿外传！目录l概述l结构胶固体力学本构简介l基于力学本构的实验设计l基本实验和验证实验对标l总结与展望19参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！总结与展望201. 通过理论模型分析得到了一套针对环氧基结构胶力学行为的有效的实验力学参数标定流程和方法2.进一步验证了LS-DYNA中MAT252材料卡片对于环氧基胶内聚行为的表征能力的有效性3.完成了两种不同的环氧基胶材的力学特性表征并得到较好结果4.ADD_COHESIVE能节约50%左右的计算用时内聚失效和界面失效的对比多角度准静态Arcan 实验（内聚失效模式）多角度动态Arcan 实验（界面失效模式）30°45°60°感谢聆听！参加 2019 中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！课题组介绍21Lightweight Materials & Structures轻量化材料与结构Impact testing of materials/jointsPrediction of material/joint deformation and failure Impact failure and protection of traction batteries Analysis and design of energy absorbing structuresInjury Biomechanics and Prevention生物损伤力学与防护Injury biomechanics and injury mechanism of human bodies under impactOccupant safety and adaptive restraint system Protection of vulnerable road usersDevelopment of crash dummy modelsBranch of State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy (ASE), Tsinghua University周青夏勇聂冰冰参加2019中国汽车工程学会年会暨展览阅读，请勿外传！。