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图3b剪应力τ zx 在X方向的分布表明，各接头中焊点边缘存在剪应力集中，右边缘为拉伸剪应力峰，左边缘为压缩剪应力峰；搭接区胶层的剪应力呈边缘大、中部小的分布趋势，搭接区左右两边缘附近区域，剪应力值****。焊点边缘上的拉伸和压缩剪应力峰值都随焊点间距的增大而有所减小；搭接区边缘附近的最高剪应力随焊点间距的增大基本不变。
正应变ε x 的分布如图3c所示。从中可以看到，整个搭接区中正应变都很小。胶层中正应变大于焊点区，搭接区右侧胶层的正应变高于左侧。在靠近焊点边缘和搭接区边缘的胶层处，正应变值都比较高，搭接区右边缘附近的正应变值最高。搭接区边缘处的****正应变随焊点间距的增加而略有增大。
图3d为剪应变ε zx 的分布。可见剪应变值明显高于正应变值。搭接区中剪应变呈中部小、边缘大的分布趋势，表明剪应变主要分布在胶层区域，焊点区剪应变很小，焊点边缘没有剪应变集中，焊点内部剪应变均匀分布。焊点间距a从10mm增加到50mm，搭接区剪应变分布趋势不发生改变，搭接区边缘胶层的剪应变值略有增大。
这一分析表明，采用高弹性模量胶粘剂时，在10～50mm内增大焊点间距，焊点区应力有所减小而搭接区边缘胶层中的应力应变仅略有升高，并不会明显减小接头的承载能力。此时采用较大的焊点间距减少焊点数量，对于节电和提高生产率具有积极的意义。
2.2 丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头
图4为采用低弹性模量胶粘剂，焊点间距为10mm, 30mm和50mm的三种接头中钢板与胶层结合面附近，胶层中应力应变在X方向上的分布。
图4 不同焊点间距的丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头搭接区中的应力应变分布
(a)正应力；(b)剪应力；(c)正应变；（d）剪应变
Fig.4 Stress-strain distribution in the lap region
of weldbonded joint with different spot pitch and acrylic resin adhesive
(a)normal stresses; (b)shear stresses; (c)normal strains; (d)shear strains
由图4a的正应力σ x 的分布可以看出，与高弹性模量胶粘剂胶焊接头类似，焊点处存在高正应力，胶层中正应力很小；不同的是，此时焊点边缘处存在正应力集中，右边缘为拉伸正应力峰，左边缘为压缩正应力峰。焊点边缘应力峰值随焊点间距的增大而增大，胶层中正应力基本不随焊点间距的改变而改变。
搭接区中剪应力τ zx 的分布如图4b所示。剪应力也主要分布于焊点区域，胶层中剪应力接近于零。焊点两边缘处剪应力集中，两剪应力峰值接近。焊点内部和焊点边缘的剪应力都随焊点间距的增加而增大，胶层中的剪应力基本不随焊点间距的改变而改变。
正应变ε x 的分布如图4c所示。焊点边缘处存在正应变集中，右边缘为拉伸正应变，左边缘为压缩正应变。焊点边缘处拉伸和压缩正应变峰值都随焊点间距的增加而增大。搭接区右边缘胶层中的正应变比搭接区中部胶层中的略高，应变值随焊点间距的增大基本不变。
图4d中剪应变ε zx 在X方向上的分布表明，搭接区剪应变主要分布在胶层中，焊点处剪应变值远小于胶层中剪应变，剪应变在焊点内部基本均匀分布。胶层内的剪应变从焊点边缘到搭接区边缘逐渐增大，在搭接区边缘处达到****。整个搭接区胶层中的剪应变都随焊点间距的增大而增大。
从上述分析可见，采用低弹性模量的丙烯酸酯胶粘剂时，正应力、剪应力都在焊点处集中，应力集中程度随焊点间距的增加而增大；搭接区边缘胶层中的剪应变值也随焊点间距的增加而增大。丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头中主要有焊点承担载荷，焊点间距增大，对应相同板宽下焊点数的减小，必然会增加焊点处的应力值；同时胶焊接头的刚度也随焊点的减少而减小，接头抗变形能力减小，剪应变增大。对于接头的强度有不利影响。
3 单列多焊点胶焊接头的试验研究
为考察焊点间距对单列多焊点胶焊接头力学性的影响，同时考察数值分析的有效性，采用CSS-1110型电子万能试验机进行了静拉伸剪切试验，试验在室温下进行，加载速率为5mm/min。焊点间距a分别为20mm, 30mm和40mm。各试件均含3个焊点，对应试件Y向长度分别为60mm, 90mm和120mm。
试验获得的各接头对应胶层断裂的第一载荷峰值示于图5a。显然，由于焊点间距大的接头宽度大，所以断裂载荷高。为忽略板宽因素的影响，图5b给出了接头断裂时的名义应力σ n 与焊点间距的关系，其中名义应力σ n 定义为：
 (1)
式中P f 为断裂载荷，I为板宽，t为板厚。从图5b中可以看到，接头断裂时的名义应力随焊点间距的增加而略有减小。Hills ［6］也研究了多种焊点间距和不同焊点数时胶焊件的断裂行为，对相同宽度不同焊点数的试件进行试验。结果表明，采用高弹性模量胶粘剂时，接头胶层部分的断裂载荷随焊点数的增加而增大，即胶层发生断裂时的名义应力随焊点间距减小而增大，在采用低弹性模量胶粘剂时，这一效应更为明显。这一结论与我们所得的试验结果一致，同时与我们从数值计算结果所得的预测也一致，说明了计算结果的正确性。可见，有限元数值分析方法对于研究几何参数对接头力学行为的影响是一种有效的方法。
图5 不同焊点间距下的胶层时的断裂载荷和名义应力
（a）断裂载荷与焊点间距的关系；
（b）断裂名义应力与焊点间距的关系
Fig.5 Fracture load and nominal stresses of adhesive layer
for different spot pitch (a) fracture load vs spot pitch;
(b)nominal fracture vs spot pitch
4 结论
（1） 采用高弹性模量胶粘剂时，在10～50mm内增大焊点间距，焊点区应力有所减小而搭接区边缘胶层中的应力应变略有升高，增大焊点间距，将减小接头的承载能力，但幅度不大。
（2）采用低弹性模量的丙烯酸酯胶粘剂时，焊点处存在应力集中，应力集中程度随焊点间距的增加而增大；搭接区边缘胶层中的剪应变值也随焊点间距的增加而增大。焊点间距增加使承载焊点数减少、接头刚度减小，对接头强度有不利影响，这一效应比采用高弹性模量胶粘剂时更为显著。
（3） 采用环氧树脂基胶粘剂的单列多焊点接头中，胶层最先断裂。焊点间距大的胶焊试件，由于试件宽度大，其断裂载荷高，但接头断裂时的名义应力随焊点间距的增加而略有减小。
（4） 试验所得焊点间距对接头强度的影响规律与数值分析基础上所预测的规律一致，证明了采用数值计算方法进行接头力学行为预测的有效性。
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