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发动机控制器的封装胶接层耐久性研究

作　者: 范杰
导　师: 张建武；张晓琴
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 控制器密封结构胶接接头粘接强度胶接仿真粘接试验涂胶工艺
分类号: U464.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

汽车发动机控制器作为发动机控制管理系统中涉及人身安全的重要零部件,其关键技术以往一直掌握在国外知名企业手中。随着国内汽车工业的蓬勃发展,很大程度上促进了发动机控制器自主研发。控制器机械零部件设计研发、系统功能开发、硬件集成、软件优化、匹配和标定等都是整个发动机控制器项目开发过程中的关键所在。发动机控制器常年工作在发动机舱严苛的工作环境下,须承受高温、振动、湿热、盐雾、腐蚀和老化等环境应力负载。为保证控制器内部线路板在寿命期内正常工作和运行可靠,发动机控制器机械零部件密封结构胶接接头的设计就成为控制器机械零件开发的关键技术之一,也是汽车发动机控制器开发项目成败的主要因素。理论计算分析、计算机模拟仿真和环境试验验证,作为贯穿整个开发阶段的三大手段,确保发动机控制器机械零部件密封结构设计的可靠性。本文运用理论解析方法,根据剪滞模型和一维梁经典力学模型,建立了发动机控制器密封结构胶接接头的力学模型,并分析计算了该模型在刚度不平衡的实际情况下承受一定负载后胶接接头中胶层应力和应力分布情况,得出胶层破坏的原因主要来自于剪切应力结论。同时还研究了胶层的厚度、搭接宽度和搭接长度等因素对胶接接头胶接强度的影响。根据研究结论,对控制器密封结构的胶接接头进行设计改善。新设计的密封结构实现了在不增加产品空间尺寸和承受相同载荷的情况下,能有效降低胶接接头内胶层剪应力,且达到产品美观实用、小型化、轻量化的设计目标,对工程项目有实际意义。运用ABAQUS软件,对控制器密封结构胶接强度进行模拟仿真校核,并将原设计和改进设计的有限元仿真结果与理论计算结果进行对比分析,从仿真角度判断密封结构设计的有效性。又对发动机控制器进行了防尘、防水、盐雾、湿热等密封相关的环境考核实验,给出改进结构后产品的验证结果,有从实践中证明改进的有效性,从而能够认可控制器产品密封胶接结构设计。最后为保证大规模生产中胶接强度可靠性,阐述了生产上影响胶接强度的一些关键工艺因素,例如原材料清洁度、涂胶工艺、固化工艺、物流控制、保质期等,并通过工艺对比分析,提出了控制要求和方法。又运用等离子表面处理技术和连接器粘接面上粗糙度参数优化等工艺改进手段,并通过工艺分析验证,使控制器胶接接头的胶接强度得到改善。除此之外,本文对变速箱控制器、车身控制器、油泵控制器等其它具有类似密封结构或采用类似胶接工艺的汽车控制器的设计开发,也有借鉴参考意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-22
  1.1 引言  11-12
    1.1.1 汽车发动机控制器结构介绍  11
    1.1.2 控制器机械零件设计要求  11-12
  1.2 胶接技术简介  12-17
    1.2.1 胶接理论基础  12-14
    1.2.2 胶粘剂的组成、分类和选择原则  14-16
    1.2.3 胶接工艺简介  16-17
    1.2.4 胶接工艺的优缺点  17
  1.3 胶接技术的发展现状  17-20
    1.3.1 国内外发展现状  17-18
    1.3.2 有限元技术发展现状  18-20
  1.4 课题来源及研究意义  20
  1.5 本文研究的主要内容和难点  20-21
  1.6 本章小结  21-22
第二章控制器胶接接头的力学建模  22-48
  2.1 胶接接头分析基础  22-27
    2.1.1 胶接接头的破坏形式  22-23
    2.1.2 胶接接头的受力形式  23-25
    2.1.3 胶接接头设计类型  25-26
    2.1.4 胶接强度概念  26-27
  2.2 控制器密封形式选择  27-29
  2.3 控制器密封结构和胶接接头的设计  29-31
  2.4 控制器胶接接头的力学模型以及分析计算  31-47
    2.4.1 控制器胶接接头剪滞模型的解析方法  31-37
    2.4.2 一维梁理论考虑弯矩的胶接接头解析方法  37-40
    2.4.3 基于刚度不平衡的控制器胶接接头胶层应力分析的解析方法  40-45
    2.4.4 控制器胶接接头结构分析改进  45-47
  2.5 本章小结  47-48
第三章控制器胶接接头有限元模拟分析  48-61
  3.1 基于有限元的模拟仿真方法  48-51
    3.1.1 数值模拟方法  48-49
    3.1.2 应用有限元软件建模与分析步骤  49-50
    3.1.3 ABAQUS应用软件  50
    3.1.4 弹塑性模拟仿真的屈服准则  50-51
  3.2 控制器密封结构胶接接头的有限元仿真分析  51-60
    3.2.1 控制器胶接接头模拟仿真的内容与操作步骤  51-52
    3.2.2 边界条件参数设定  52-55
    3.2.3 仿真结果对比与结论  55-60
  3.3 本章小结  60-61
第四章控制器密封结构的实验验证  61-69
  4.1 实验项目与实验目的  61
  4.2 实验方法与设备  61-67
    4.2.1 实验样品备制  61-62
    4.2.2 IP6KX防尘试验  62-63
    4.2.3 IPX9K防水试验  63-64
    4.2.4 盐雾实验  64-65
    4.2.5 湿热循环试验  65-67
    4.2.6 粘胶试验  67
  4.3 实验结果与结论  67-68
  4.4 本章小结  68-69
第五章胶接工艺优化对胶接强度的改善  69-76
  5.1 影响胶接强度的主要工艺因素  69-71
    5.1.1 控制器零件和胶粘剂的保质期和包装要求  69-70
    5.1.2 控制器零件的表面状态  70
    5.1.3 涂胶工艺参数与过程  70-71
    5.1.4 控制器固化过程控制  71
  5.2 工艺优化方案与效果对比  71-75
    5.2.1 等离子表面处理工艺  72-74
    5.2.2 优化粘接表面的粗糙度  74-75
  5.3 本章小结  75-76
第六章总结与展望  76-78
  5.1 论文工作总结  76
  5.2 主要结论和创新点  76-77
  5.3 研究和展望  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间发表的学术论文  81

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