隨著汽車輕量化技術的發展，車身所用材料呈現出多樣化的趨勢，由于異種材料之間的物理、化學和力學性能方面存在較大差異，因此多材料輕量化車身對連接技術提出了新的挑戰。

傳統點焊連接由于技術瓶頸和成本的原因，無法廣泛應用于異種材料的連接；而鉚接和螺栓連接則在連接處有顯著的應力集中。

結構膠廣泛應用

結構膠連接作為一種新型連接技術，具有良好的異種材料連接性能，且有利于車身輕量化、提高車輛的碰撞性能和增加車身結構的剛度、強度和耐久性，同時結構膠連接技術也解決了傳統連接技術可能產生的應力集中和疲勞強度差等問題。目前，結構膠已廣泛應用于車身側圍、車頂、電池包支架等關鍵部位。據行業預測，未來五年內，單車結構膠用量將增長30%以上，成為汽車輕量化與安全設計的核心支撐技術。

結構膠接頭仿真分析

評估粘接接頭質量的方法往往是利用力學試驗去測試粘接接頭的性能。然而許多物理實驗耗時、費力、成本昂貴，而對整車的力學測試則需要更多的設備。

仿真分析能夠通過建立精確的模型，模擬結構膠在不同載荷條件下的力學行為。然而，仿真分析的準確性高度依賴于模型參數的設置。如果參數設置不準確，模擬結果與物理試驗之間可能存在較大誤差。因此，模型標定過程成為確保仿真結果可靠性的關鍵步驟。

仿真模型選擇

在結構膠連接的仿真模擬中，內聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）被廣泛用于描述膠層在載荷下的力學響應。內聚力模型通過定義內聚力與裂紋張開量之間的關系，能夠合理反映膠層失效界面附近的強度、韌度等物理屬性。

MAT_169（MAT_ARUP_ADHESIVE）是仿真分析軟件中提供的一種內聚力模型，專門用于模擬結構膠的力學性能。該模型將膠層簡化為一系列的法向和切向彈簧，通過定義材料參數來描述膠層的力學行為。

圖1 MAT_169材料模型的本構簡化模型

MAT_169材料模型中的材料參數為：

(1)定義材料彈塑性力學性能的參數，包括材料密度、彈性模量、泊松比、沿單元厚度方向最大正應力(TENMAX)和沿單元厚度方向最大剪應力(SHＲMAX)；

2)預報材料失效的參數，包括沿單元厚度方向正應力作用下的能量損耗(GCTEN)以及沿單元厚度方向剪應力作用下的能量損耗(GCSHR)。

沿單元厚度方向的拉伸應力和剪切應力(即法向和切向)的應力-位移曲線如下圖所示。

MAT169材料卡片的制作

形式

定義

試驗

驗證與生成

• 參數驗證：根據實際材料試驗數據（如準靜態拉伸、剪切試驗結果）輸入參數，確保TENMAX、SHRMAX等值符合實驗標定。
• 生成卡片：通過軟件導出符合MAT169格式要求的材料卡片，包含所有必需和條件性卡片

材料卡片定制

國高材分析測試中心聯合行業仿真機構，為客戶提供材料力學性能樣件測試及仿真軟件材料卡片生成服務，具體內容如下：

1.按照客戶的技術要求，進行高分子材料試驗（單向拉伸，缺口拉伸，剪切，雙向拉伸，沖孔，三點彎等）。

2.對材料樣件試驗結果數據進行數據處理，驗證及仿真分析標定。

3.輸出仿真分析標定結果，并根據各種材料本構要求生成相應仿真軟件材料卡片。

4.最終交付材料樣件試驗數據結果及仿真軟件材料卡片。

定制材料卡片清單：

*MAT_024 (PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY)

*MAT_054 (Enhanced Composite Damage）

*MAT_083 (FU_CHANG_FOAM)

*MAT_169 (ARUP_ADHESIVE) 

*MAT_187 (SAMP-1)等