粘接练习：轻量化设计与构件结构

粘接在车身制造中具有极其重要的意义。一般来说，商用车的车顶都是采用粘接方式连接的。本节中需要对这类粘接连接进行设计（练习图30-1）。

练习图30-1 在粘接连接上的应力变化

给定：求解：

G_粘接=900MPa

F=1500N

E₁=7500MPa（PA6）

E₂=70000MPa（A1）

t₁=11mm

t₂=1.75mm

d=0.14mm

ℓ_幸存=20mm

τ_max=30MPa

随着时间变化，粘接连接的强度会下降，出现孔洞、吸水以及在紫外线辐射下发生老化等现象。因此，在汽车工业中对连接安全的要求很高。针对安全因子可以计算如下：

S=S_T·S_H·S_U=1·2·1=2 （1）

公式中考虑到了温度安全（S_T）、制造安全（S_H）和由于环境影响造成的应力损失（S_U）。

针对粘接连接纵向上应力分布的计算，可采用如下公式：

该方程式有一个极限值，根据材料组合位于左边界或者右边界，这里为x=ℓ幸存

其中，β和ω作为常数代入，定义如下：(www.xing528.com)

由此可以求解应力方程：

允许应力可用安全系数S计算：

带有柱的车顶模块连接必要的宽度b可如下计算：

下面的例子是在铝结构上粘接的PA6车顶，针对由温度变化导致的应力载荷的计算如下：

搭接长度L₀=20mm

热膨胀系数α_铝=23.4×10^-6/℃

热膨胀系数α_PA6=85×10^-6/℃

温差（-20～80℃）DT=120℃

对于热膨胀，广义上有：

ΔL=L₀·α·ΔT

由以上方程式可以得出：

DL_铝=20mm·23.4×10-6/℃-·100/℃=0.0468mm

DL_PA6=20mm·8.5×10-6/℃-·100/℃=0.017mm

计算长度差：

ΔL=ΔL_铝-ΔL_PA6≈0.03mm （8）

就是说，粘接件必须要有0.03mm的长度差加以补偿。根据规定[HAB08]，在相同参数下粘接层厚度要增加到d=0.13mm。