随着国内汽车保有量的不断增加,空气污染、能源危机等社会问题日益突出,汽车轻量化势在必行。钢铝混合车身结构在实现车身轻量化方面优势明显,受到了车企及高校的广泛关注,如何保证钢、铝异种材料零部件连接的可靠性便成为一项亟待解决的难题。钢铝胶铆连接技术结合了胶接和无铆钉铆接技术的优势,可以有效解决由于异种材料间物理、化学特性差异所导致的金属间化合物及电化学腐蚀等问题。在现代汽车制造体系下,车身必经涂装工艺。然而,钢、铝材料的热膨胀特性存在较大差异,在进行涂装烘烤时,连接在一起的钢、铝在受热后的热膨胀量不同,可能导致车身钢铝胶铆连接结构发生翘曲变形,影响车身结构的连接强度和装配精度,甚至可能导致钢铝胶铆连接结构的失效。因此,涂装温度对车身钢铝胶铆连接结构的热影响是不可忽视的。本文依托于国家自然科学基金项目(5177050834):车身结构钢铝异种材料温热胶铆复合连接技术及服役失效研究,针对涂装温度对车身钢铝胶铆连接结构的热影响问题展开了研究。本文的主要研究内容如下:1.材料试验和验证。选择Q235钢、5754铝合金、DP760环氧树脂胶粘剂作为研究材料,首先进行了不同温度下材料的单向拉伸试验,获得了钢、铝、胶粘剂材料在20~200℃范围内的应力应变曲线。之后,进行了材料的热膨胀试验,获得了钢、铝和胶粘剂材料在20~200℃范围内的线膨胀系数。最后,建立三种材料的热膨胀有限元模型,仿真值对比理论值的误差均小于2%,验证了材料热膨胀模型的准确性,证明了试验所测材料参数的可靠性。2.钢铝胶铆连接结构热膨胀试验和仿真研究。首先,进行钢铝胶接结构和钢铝胶铆连接结构的热膨胀试验,获取200℃时钢板、铝板表面的应变值。之后,建立钢铝胶接结构热膨胀有限元模型,采用Tie绑定连接形式模拟钢、铝板件的胶接,仿真结果对比试验结果的误差小于10%,验证了钢铝胶接结构热膨胀模型的准确性,证明了所选择的胶接模拟形式的合理性。在此基础上,采用Tie绑定连接形式,建立了钢铝胶铆连接结构热膨胀有限元模型,仿真结果对比试验结果的误差小于10%,验证了钢铝胶铆连接结构热膨胀模型的准确性。最后,根据仿真结果,分析了在涂装工艺的温度工况下,钢铝胶铆连接结构的热应力和热变形的分布及变化规律。仿真结果表明:在涂装温度下,钢铝胶铆连接结构中热应力迅速增大,结构发生明显翘曲。降至常温后,结构中仍存在较大的残余热应力,胶铆接头颈部,板件及胶层的边缘应力集中严重,结构中存在塑性变形,说明涂装温度对车身钢铝胶铆连接结构的热影响是不可忽视的。3.钢铝胶铆连接结构的热影响因素研究。基于建立的钢铝胶铆连接结构热膨胀有限元模型,研究在涂装工艺的温度工况下,胶层厚度、胶粘剂的弹性模量、结构搭接宽度、金属的铆接顺序(铝铆向钢、钢铆向铝)、铆接点的布置形式(横向布置、纵向布置)对钢铝胶铆连接结构热应力和热变形的影响规律。仿真结果表明,胶层厚度、胶粘剂的弹性模量、结构搭接宽度对钢铝胶铆连接结构的热应力和热变形影响较大,金属的铆接顺序和铆接点的布置形式对钢铝胶铆连接结构的影响有限。研究结果对改善车身钢铝胶铆连接结构的热影响提供了参考。