Сравнительное исследование напряженно-деформационных состояний склеенных и сварных конструкций автомобиля при ударных нагрузках
Автор: Лю И, Гончаров Роман Борисович, Зузов Валерий Николаевич
Рубрика: Контроль и испытания
Статья в выпуске: 3 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
В данной статье проведено сравнительное исследование свойств клеевого и сварного соединения в конструкциях автомобиля при ударных нагрузках. Оценено влияние толщины клеевого соединения на прочность в трубчатых конструкциях автомобиля при ударном нагружении со скоростью удара 6,66 м/с (при осевом ударе) и 6,87 м/с (при боковом ударе) по результатам проведенных экспериментов с разными толщинами клеевого слоя. Для склеивания образцов был выбран клей Henkel EP 5055, который широко применяется для склеивания конструкций автомобилей. В проведенных исследованиях были измерены и исследованы зоны разрушений соединений, общая и локальная деформация образцов при боковых и осевых ударных нагружениях. Моделирование и расчет напряженно-деформированных состояний (НДС) моделей трубчатых конструкций и клеевого соединения осуществлялись в программном комплексе LS-Dyna. В моделях клея учитывалось влияние толщины клеевого соединения и скорости деформации на прочность соединения при ударных нагружениях. Для оценки точности расчетов на базе созданных конечно-элементных моделей (КЭМ) клеевого соединения конструкции автомобиля проведена верификация по результатам экспериментов. Согласно результатам экспериментов и моделирования, прочность соединения сварных конструкций при ударной нагрузке выше, чем у конструкций с применением клея Henkel EP 5055, но по результатам моделирования склеенная конструкция поглощает больше энергии удара, чем сварная конструкция. На основе исследований результатов расчетов, проведенных с использованием предлагаемой модифицированной модели, обосновано рекомендуемое значение толщины клеевого слоя для склеивания навесных деталей автомобиля.
Ls-dyna, конечно-элементная модель, напряженно-деформированное состояние, клеевое соединение, сварное соединение, калибровка свойств материала
Короткий адрес: https://sciup.org/147239486
IDR: 147239486 | УДК: 629.113 | DOI: 10.14529/engin220306
Study of stress-strain states of bonded and welded vehicle structures under impact loads
In this article a comparative study of the properties of adhesive-bonded and welded joints in automobile structures under impact loads has been studied. The influence of the thickness of the adhesive-bonded joint on the stiffness of tubular car structures under the impact loading with the velocity of 6.66 m/s (under the axial impact) and 6.87 m/s (under the side impact) according to the results of the experiments with different thickness of the adhesive layer was estimated. For bonding samples was selected adhesive Henkel EP 5055, which is widely used for bonding structures of automobiles. In the conducted research measured and investigated zones of joint damage, total deformation of specimens and strain in them under lateral and axial impact loads. Modeling and calculation of the stress-strain states of models and the failure zone of adhesive bonds were performed using the LS-Dyna. The models took into account the influence of the thickness of the adhesive bond and the strain rate on the bond strength in tubular car structures under impact loads. To estimate the accuracy of calculations on the basis of created finite-element models of the adhesive-bonded connection of the vehicles structure, verification according to the results of the experiments was carried out. According to the results of the experiments and modeling the reliability of the connection of the welded structures under the impact load is higher than that of the structures with the adhesive-bonded, but the adhesive-bonded layer absorbs more impact energy than the weld spots according to the simulation results. On the basis of research results of calculations carried out using the proposed modified model, the recommended value of the adhesive-bonded layer thickness for bonding of car attachments was substantiated.
Список литературы Сравнительное исследование напряженно-деформационных состояний склеенных и сварных конструкций автомобиля при ударных нагрузках
- Смирнов, М.И. Сборник технических условий на клеящие материалы /М.И. Смирнов. - Л.: Химия, 1975.- 465 с.
- Fays, S. Adhesive Bonding Technology In the Automotive Industry / Samuel Fays / S. Fays // Adhesion and Interface. - 2003. - Vol. 4. - No. 2. - P. 37-48.
- Tan, W. Research on testing method for mechanical properties of Body Adhesion / W. Tan. - M.: Jilin University, 2018. - 117 p.
- Carlberger, T. Adhesive Joining for Crashworthiness. Thesis for the degree of doctor ofphilosophy Department of Applied Mechanics Chalmers University of Technology / T. Carlberger. - 2008. -124 p.
- Dan, G. Stress Analysis of Structural Bonded Joints. Master in Aeronautical Engineering, Imperial College / G. Dan. - 2002. - 132 p.
- Baohua, C. Comparative studies on stresses in weld-bonded, spot-welded and adhesive-bonded joints / C. Baohua, S. Yaowu, D. Shijie // Journal of Materials Processing Technology. - 1999. -Vol. 87. - P. 230-236.
- Williams, N. The mechanism of weld bonding and the properties of weld bonded joints / N. Williams, T. Jones. - M: European Commission. - 1990. - 170 p.
- Carlberger, T. Influence of temperature and strain rate on cohesive properties of a structural epoxy adhesive / T. Carlberger, A. Biel, U. Stigh // Int J Fract. - 2009. - Vol. 155. - P. 155-166. DOI: 10.1007/S10704-009-9337-4
- Лю, И. Моделирование клеевого соединение в автомобильных конструкциях при динамическом и ударном нагружении с использованием модифицирования свойств материала / И Лю, В.Н. Зузов //Будущее машиностроения России. - 2021. - С. 36-44.
- Numerical study of impact behaviour of mixed adhesive single lap joints for the automotive industry / J.J.M. Machado, E.A.S. Marques, M.R.G. Silva et al. //International Journal of Adhesion and Adhesives. - 2018. - Vol. 84. - P. 92-100. doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2018.02.036
- Development of a light-weight seat structure using a hybrid material approach / C. Creighton, M. de Souza, R.J. Varley et al. // Technologies for economical and functional lightweight design. -2019. - P. 61-67.
- Сулегин, Д.А. Исследование влияния усиливающих элементов двери автомобиля на пассивную безопасность при боковом ударе / Д.А. Сулегин, В.Н. Зузов // ТРУДЫ НГТУ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА. - 2021. - № 1. - С. 86-97.
- Biel, A. Influence of temperature on cohesive parameters for adhesives / A. Biel, T. Carlberger //The 28th Ris international symposium on materials science. - 2007. - P. 17-24.
- Herzl, C. The effects of bond thickness, rate and temperature on the deformation and fracture of structural adhesives under shear loading / C. Herzl // International Journal of Fracture. - 2004. -No. 130. - P. 497-515.
- Rate dependent behavior of crash-optimized adhesives - Experimental characterization, model development, and simulation / M. May, O. Hesebeck, S. Marzi et al. // Engineering Fracture Mechanics. - 2015. - No. 133. - P. 112-137.
- Finite element analysis of adhesively bonded composite joints subjected to impact loadings / R. Hazimeh, G. Challita, K. Khalil et al. // International Journal of Adhesion and Adhesives. - 2015. -Vol. 56. - P. 24-31.
- Experimental and numerical study of the dynamic response of an adhesively bonded automotive structure / N.D.D. Silva, J.J.M. Machado , E.A.S. Marques et al. // J Automobile Engineering. - 2020. -Vol. 234, iss. 14. - P. 1-13. DOI: 10.1177/0954407020931699
- Effects of adhesive thickness on global and local Mode-I interfacial fracture of bonded joints / G. Ji, Zh. Ouyang, G. Li, S. Ibekwe et al. // International Journal of Solids and Structures. - 2010. -Vol. 47. - P. 2445-2458.
- Effect of temperature and strain rate on single lap joints with dissimilar lightweight adherends bonded with an acrylic adhesive / R. Avendano, R.J.C. Carbas, E.A.S. Marques et al. // Composite Structures. - 2016. - Vol. 152. - P. 34-44.
- Лю, И. Исследование влияния применения клеевого соединения в двери на пассивную безопасность автомобиля при боковом ударе / И Лю, В.Н. Зузов // Сборник статей XVМеждународной научно-практической конференции. - 2021. - С. 38-45.
