弹性胶粘剂粘接接头试验与仿真研究

内燃机车在不同的位置采用不同的胶粘剂进行粘接，例如在前窗玻璃位置采用聚氨酯或改性硅烷组分的弹性胶进行粘接，在铝型材嵌入件位置采用环氧或丙烯酸组分的刚性胶进行粘接。在这些粘接结构的设计过程中需要对不同类型胶粘剂、不同粘接尺寸、不同基材表面形成的粘接接头进行强度验证。通常采用的验证方式为制作相应的拉剪接头，依据GB/T 7124测试其强度。

本文运用有限元仿真计算的方式，分别对聚氨酯弹性及环氧刚性胶形成的拉剪粘接接头分析计算，模拟在不同基材材质组合条件下的粘接强度，并将仿真结果与实际检测结果进行比对，二者结果一致性较强，对于批量化的粘接结构验证工作有较大帮助。

2 粘接接头的试验检测

2.1 材料选择及测试矩阵

选择轨道交通领域较为常用的典型胶粘剂作为测试验证材料，其中聚氨酯胶A主要用于机车前窗、侧窗及屏蔽门玻璃的粘接，环氧胶B主要用于玻璃钢内饰嵌入件的粘接。所涉及的基材材质包括玻璃钢基材、铝基材、钢基材。由于采用的玻璃钢基材其铺层结构主要采用机织布及短切毛毡，铺贴时方向为随机方向，因此将其按照各向同性材料来考虑。

3 粘接接头的仿真计算

3.1 弹性胶的粘接计算结果

采用Ansys Workbench软件对胶粘剂本体拉伸样件进行建模及仿真，并将相应的计算结果与试验检测数据进行比对. 由于弹性胶的形变量大，采用传统线弹性材料模型在模拟小变形数据时较为准确，对于大变形数据只能考虑采用其它材料模型，不同的材料模型对于仿真结果具有不同的影响。本文分别采用了Mooney-Rivlin模型、Ogden模型、Neo Hookean模型、Yeoh模型、线弹性模型进行模拟仿真，如下图1所示

      下面是弹性胶的仿真及实验结果对比图，红色虚线部分代表实验结果，其他颜色曲线代表不同材料模型的仿真结果。通过比较可以发现，弹性胶可采用的材料模型有很多种，逸发粘接及复材研究院所开发针对弹性胶的核心材料模型及仿真手段，可以较好的得出与实际测试相一致的参数数据， 且针对不同的弹性胶开发了不同的材料模型，定制化的适应客户的开发需求，仿真计算结果更有说服力。

左图：某聚氨酯胶粘接玻璃钢/铝板，右图：某聚氨酯胶粘接玻璃钢/钢板

       粘接接头的力学仿真是一门技术活，专业的团队做专业的事，逸发粘接及复材研究院经过多年行业积累，开发了《粘接接头的设计计算和验证》系列课程，满足各行业日益增长的粘接设计需求，同时拥有CNAS认可的检测实验室，可出具权威第三方检测报告，为客户的产品质量保驾护航。

       逸发粘接及复材研究院是德国Fraunhofer  IFAM在中国的独家战略合作伙伴。在中国进行EN17460和DIN2304认证审核、项目支持和咨询；开展Fraunhofer颁发证书的EAE欧洲粘接工程师、EAS欧洲粘接技师、EAB欧洲粘接操作员（欧洲粘接操作工）三个级别的粘接培训和考试，以及复合材料设计Composite-D、制造Composite-M、维修Composite-R、和技师Composite-S的培训和考试。另外还提供定制化粘接及复材应用相关的专题培训课程。

       目前EAE欧洲粘接工程师培训标准已由DVS-EWF3309、EWF517升级为 EWF662；EAS欧洲粘接技师培训也由DVS-EWF3301、EWF516升级为 EWF662；EAB欧洲粘接操作员培训依据由DVS 3305、EWF515变更为EWF 515 。