膠接接頭強度解析分析（簡體書）

《膠接接頭強度解析分析》主要目的是解析確定影響膠接接頭強度和剛度性能的關鍵參數，為膠接結構強度分析、數值計算及輕量化結構設計提供理論基礎，促進膠接在主承力件上的應用。為此，採用解析方法，以典型膠接接頭為對象，對幾種膠接接頭搭接區內的應力分佈和拉剪強度進行了較全面的分析和預測：解析模型包括線性模型和非線性模型；研究對象包括平衡接頭和非平衡接頭、單模量膠接接頭和多模量膠接接頭；簡化成“三明治”有限元單元的膠接接頭，包括單搭接接頭、L形接頭和T形接頭等。
《膠接接頭強度解析分析》共分10章：第1章簡介了膠接的研究意義及其在輕量化結構中的應用；第2章是國內外研究進展述評；第3章和第4章分別用微分方法和變分方法，闡述了平衡膠接接頭應力的線性解析解；第5章提供了非平衡膠接接頭應力的線性解析解及簡化設計公式，第3章～第5章的內容可用於脆性膠接頭的強度預測與初始階段設計；第6章考慮了搭接區轉動引起的幾何非線性特徵，討論了非平衡膠接接頭應力的非線性解析解；第7章分別採用對彈性、塑性膠層進行分區和不分區的方法，介紹了平衡膠接接頭的材料非線性解析解，第6章和第7章因包括幾何非線性和材料非線性效應，其結論可用於更一般的韌性膠接頭的強度預測；第8章利用不同彈性模量膠層界面處的位移連續性和載荷平衡條件，獲得了多模量膠接接頭應力的線性解析解；第9章將接頭各部分視為拉伸彈簧和剪切彈簧組合，疊加得到多模量膠接接頭剛度的線性解析解，第8章和第9章用解析和實驗分析方法確定了關鍵參數對多模量膠接接頭拉伸剛度和拉剪強度的影響，並給出相應設計建議；第10章以兩種位移解析解為基礎，同時獲得單搭接接頭、L形接頭和T形接頭的簡化有限元單元剛度矩陣。

趙波，1972年出生，吉林長嶺人，高級工程師，某大型礦用電動輪自卸汽車總設計師，中國汽車工程學會會員，北京粘接學會理事，現聘為中國北車集團資深專家，中國北車集團工程機械研發中心副主任。1994年于東北石油大學機械工程系獲工學學士學位，1997年於北京理工大學車輛工程學院獲工學碩士學位。2009年於清華大學汽車工程系獲工學博士學位。曾主持參加國防、航天、汽車、高速列車和工程機械等領域科研項目8項，先後獲軍隊科技進步三等獎、第二屆亞洲膠接大會最佳論文獎等多項獎勵，發表相關領域論文30餘篇。其中SCI檢索4篇，EI檢索14篇，ISTP檢索1篇。主要研究方向包括：礦用電動輪自卸汽車總體設計；先進連接結構強度、剛度解析分析；有限元分析與CAE方法；汽車車身結構輕量化分析等。

《膠接接頭強度解析分析》采用解析方法，以典型膠接接頭為對象，對幾種膠接接頭搭接區內的應力分布和拉剪強度進行了較全面的分析和預測：解析模型包括線性模型和非線性模型；研究對象包括平衡接頭和非平衡接頭、單模量膠接接頭和多模量膠接接頭；簡化成“三明治”有限元單元的膠接接頭，包括單搭接接頭、L形接頭和T形接頭等，可作為構件連接工作的工程技術人員和從事膠接結構設計的工程師參考用書，也可作為相關科研和教學工作的教師、研究生的參考用書。

第1章緒論
1.1膠接技術概述
1.2膠接在航空航天承載結構中的應用
1.3膠接在汽車承載結構中的應用
1.4膠接接頭簡介
部分專業術語

第2章國內外研究進展述評
2.1應力解析模型
2.1.1一維杆模型
2.1.2一維粱模型
2.1.3准二維模型
2.1.4二維模型
2.1.5非線性模型
2.2膠瘤和幾種降低應力集中的途徑
2.3多模量膠接技術和剛度模型
2.4膠接有限元單元

第3章平衡接頭應力的二維線性分析：微分方法
3.1引論
3.2二維線性分析模型
3.2.1平衡方程
3.2.2本構方程
3.2.3幾何方程和位移函數
3.2.4控制微分方程組
3.2.5邊界條件方程
3.2.6截面載荷和二維應力、應變的確定
3.3搭接區端頭載荷和考慮總體平衡關係的彎矩因子
3.3.1以往彎矩因子的求解特點
3.3.2考慮總體平衡關係的彎矩因子
3.3.3彎矩因子KCF的精度評價
3.3.4彎矩因子KCE對經典G-R解的改進
3.4解析模型驗證和結果分析
3.4.1與G-R解、TOM解對比及數值驗證
3.4.2被粘物、膠層截面載荷和二維應力分佈
3.4.3被粘物和膠層的應變分佈
3.5本章小結

第4章平衡接頭應力的二維線性分析：變分方法
4.1引論
4.2二維線性分析模型
4.2.1平衡方程、邊界條件和搭接區應力表達式
4.2.2基於最小余能原理的變分方法
4.2.3截面載荷函數和二維應力的確定
4.3解析模型驗證和結果分析
4.3.1與微分方法獲得的二維理論解對比及數值驗證
4.3.2被粘物和膠層所受的載荷和應力
4.4本章小結

第5章非平衡接頭應力的准二維線性分析
5.1引論
5.2應力分析模型和簡化設計公式
5.2.1平衡方程
5.2.2本構方程、幾何方程和位移函數
5.2.3控制微分方程組
5.2.4邊界條件方程
5.2.5待定係數的確定
5.2.6膠層應力的簡化設計公式
5.2.7截面載荷和應力、應變的確定
5.3搭接區端頭載荷的確定
5.4解析模型驗證和結果分析
5.4.1與B-C解對比及數值驗證
5.4.2被粘物、膠層截面載荷和應力分佈
5.4.3被粘物應變分佈
5.4.4主要參數的影響分析
5.5本章小結

第6章非平衡接頭應力的幾何非線性分析
6.1引論
6.2全耦合的非線性控制微分方程組
6.3搭接區端頭載荷的確定
6.3.1非平衡接頭的彎矩因子公式
6.3.2彎矩因子的精度評價
6.4解析模型驗證和結果分析
6.4.1模型驗證和結果分析
6.4.2幾何非線性效應
6.5本章小結

第7章平衡接頭應力的幾何非線性和材料非線性分析
7.1引論
7.2考慮幾何非線性效應的線性硬化彈塑性膠層應力分析
7.2.1平衡方程和邊界條件
7.2.2膠層變形協調方程
7.2.3考慮彈塑性膠層情況下的本構方程
7.2.4全耦合的非線性控制微分方程組
7.2.5彈塑性膠層應力的解析表達式
7.3考慮非線性膠層材料本構關係的應力分析
7.3.1用被粘物載荷表示的接頭應力表達式
7.3.2非線性膠層材料本構關係的數學描述
7.3.3基於最小余能原理的耦合控制微分方程組
7.4非線性解析模型驗證和結果分析
7.4.1考慮幾何非線性效應的彈塑性膠層應力結果
7.4.2考慮非線性膠層材料本構關係的應力結果
7.5本章小結

第8章多模量膠接接頭應力的一維線性分析
8.1引論
8.2基於TOM解的多模量剪切模型--第二解析法
8.2.1基本假設
8.2.2多模量膠層的一維線性分析模型
8.2.3邊界條件方程
8.3基於A.P解的多模量剪切模型--第一解析法
8.4多模量膠接接頭應力的彎曲模型
8.4.1基本假設
8.4.2多模量膠層的一維線性分析模型
8.5解析模型驗證和結果分析
8.5.1數值驗證
8.5.2第一解析法和第二解析法的精度比較
8.5.3多模量膠層峰值應力的關鍵參數分析
8.6本章小結

第9章多模量膠接接頭剛度的解析和實驗分析
9.1引論
9.2一維線性分析模型
9.2.1基本假設
9.2.2剛度解析模型的建立
9.2.3接頭變形和拉伸剛度公式
9.3與Owens解析解及其實驗結果比較
9.4解析模型數值驗證和結果分析
9.4.1數值驗證
9.4.2主要參數的影響分析
9.5單搭接膠接接頭的拉剪實驗
9.5.1試件準備
9.5.2拉剪實驗
9.5.3實驗結果分析
9.6本章小結

第10章位移解析解在三種膠接接頭單元中的結合與使用
10.1引論
10.2適於對稱T形膠接接頭的位移理論
10.2.1平衡方程
10.2.2膠層位移函數和幾何方程
10.2.3本構方程
10.2.4關於被粘物位移函數的控制微分方程組
10.2.5待定係數的確定
10.3適於三種非對稱膠接接頭的位移理論
10.3.1平衡方程和邊界條件
10.3.2膠層變形協調方程和本構方程
10.3.3關於被粘物位移函數的控制微分方程組
10.3.4求解膠層應力的邊界條件
10.4三種膠接接頭簡化有限元單元及其剛度矩陣
10.4.1簡化T形接頭單元
10.4.2簡化L形接頭單元
10.4.3簡化單搭接接頭單元
10.4.4單元剛度矩陣元素定義法
10.5特定的位移邊界條件
10.5.1簡化對稱T形接頭單元
10.5.2簡化非對稱T形接頭單元
10.5.3簡化非對稱L形接頭單元
10.5.4簡化非對稱單搭接接頭單元
10.6膠接接頭單元驗證和結果分析
10.6.1三種非對稱膠接接頭單元
10.6.2與基於兩種位移解析解的對稱T形接頭單元的比較
10.7與基於標準單元庫的簡化有限元模型的比較
10.8本章小結
附錄A1考慮膠層厚度的G-R解彎矩因子
附錄A2二維線性分析模型中的係數和符號
附錄A3一維非線性分析模型中的係數
附錄A4多模量膠接接頭應力的拉伸模型
附錄A5多模量膠接接頭應力解析解係數及特例
A5.1具有七段膠接區的雙模量膠接接頭應力分析
A5.2多模量彎曲模型解析解特例：單模量膠接接頭
A5.3多模量彎曲模型解析解中的係數
參考文獻

分區模型主要包括：Hart—Smith和Pickett等只考慮膠層剪應力分量，假設膠層服從理想彈塑性本構關系，認為膠層首先從搭接區端頭開始屈服，塑性膠層區從搭接區兩端逐漸向中央擴展，最后用迭代的方法確定彈、塑性膠層區的分界位置。Ottosen等只考慮膠層剪應力分量，討論了雙搭接接頭多種彈塑性本構關系。Yan9等采用增量理論，仍考慮理想彈塑性膠層情況，用迭代法確定分界位置。與Hart—Smith不同，他們考慮了平面應變狀態下膠層所有的應力分量，并假設膠層剪應力和yon Mises等效應力在塑性區均保持不變，為得到不變的等效應力，需要不斷調整更新除剪應力以外其他應力分量的大小。Lee和Kim也是考慮理想彈塑性膠層，仍用迭代法確定彈、塑性膠層的分界線，其特色是將塑性區又細分為不變應力區和可變應力區，兩個子區的分界通過有限元法確定，不變應力設為膠層出現初始屈服時的應力，可變應力通過假定剝離正應力仍服從彈性本構關系，剪應力則由等效應力公式反推獲得。
不分區模型以Bigwood、Crocombe和Wang等人的全量理論模型為代表，即膠層材料的本構關系統一遵從不斷變化的等效割線模量和泊松比，等效割線模量由膠層單軸應力一應變本構曲線確定，泊松比則隨該割線模量變化而變化。膠層沿搭接區的每一點均需迭代，每次迭代時，均視膠層服從以當前割線模量和泊松比定義的等效彈性本構關系。這種方法的優勢是無需對膠層進行彈、塑性分區，理論上可以考慮膠層任意的本構關系，迭代公式相對簡單，但迭代計算量大且不易收斂。但是，Pickett等認為，由于存在搭接區轉動引起的幾何非線性效應，基于比例加載變形假設的全量理論是否適用于膠接單搭接接頭膠層應力的材料非線性分析，是值得商榷的。
Delale等曾提出兩種引入非線性膠層材料的分析方法，但由于數學求解上的困難而不能得到控制微分方程。Adams等基于最大應變能原理提出有效模量法（Effective Modulus Method），而且他們驗證了該法僅限于預測膠層最大剪應變。用最大應變能密度法預測了接頭強度，但不能預測膠層應力。Thomsen和Mortensen等用迭代法考慮了膠層非線性材料特征。Marcolefas等、Crocombe等和Wang等人考慮了被粘物的材料非線性行為。