节能减排是全球汽车工业可持续性发展的重要课题。车身轻量化是汽车节能减排的重要手段。目前,实现车身减重的主要手段是大量使用轻质、高强度材料。这些材料主要分为两类,即以先进高强钢及超高强钢为代表的高强度钢材,和以铝合金、镁合金及复合材料为代表的低密度材料。单纯使用高强度钢材虽具有成本优势,但目前条件下受工艺和技术要求的限制,仅采用高强度钢材的轻量化效果有限;仅采用轻量化材料虽效果很好,但成本较高。因此多材料车身是目前车身制造中兼顾成本与轻量化效果的必然选择。然而,这对当前车身制造连接工艺,尤其是结构胶胶接工艺提出了严峻的挑战。车身制造中,结构胶起着提高车身刚度、密封焊点、防止腐蚀以及减震隔音等作用。而多材料车身胶接时因材料热膨胀系数的差异以及车身构件间的定位约束会在烤漆阶段产生较大的热变形。当热变形发生在涂胶区域里时,会将未固化的胶层撕裂,使胶层在达到粘合前发生失效,形成大面积不合格的接头。因此,迫切需要对异质材料胶接固化变形进行研究,明确胶接固化变形与胶层固化失效形成的过程、胶层固化失效对接头性能的影响、建立胶层失效判据以及探索可能降低固化变形的方法。本文以铝合金和钢板胶接工艺过程为研究对象,通过实验手段研究胶接接头固化过程中固化变形和胶层失效的规律,以及胶层失效对胶接接头性能的影响规律。结合反应动力学、高分子流变学以及断裂力学等相关理论,建立了未固化胶层失效模型及胶层固化和冷却过程粘弹性本构模型,在此基础上,建立了用于预测胶接固化过程中板料变形和胶层失效的有限元模型;研究了胶接固化变形及胶层固化失效机理,建立了胶接固化失效判据,探讨了基于改变工艺参数减小胶接固化变形的方法,进一步提出了基于单边加热的胶接变形减小方法,为胶接工艺应用于多材料车身提供了理论依据。全文开展的主要研究工作如下:1)胶接固化动态变形及胶层固化失效规律实验研究针对胶接固化变形形成过程目前尚不清楚、胶层固化失效规律尚不明确的现状,本研究建立了基于动态摄像的胶层固化过程动态变形测量装置,研究了铝合金-钢异种金属胶接固化变形的形成过程,发现固化变形会撕裂未固化的胶层,导致胶层固化失效;在高温下产生大变形甚至撕裂,而后固化的胶层是产生胶接变形的根本原因之一。胶层固化失效有颈缩型和横断型两种基本形式。研究通过设计失效区的手段研究了固化失效对胶接接头性能的影响,发现为了避免接头失效形式由胶层失效转变为界面失效以及发生脆性失效,胶层因固化变形导致失效的面积不得大于总胶接区面积的25%。2)固化过程中胶层材料模型建立针对胶接固化过程中胶层固化反应会对胶层物理、化学属性产生较大影响,进而影响板料变形的问题,本研究从反应动力学、高分子流变学的角度出发,通过一系列物理、化学等科学手段对固化过程中胶层的属性进行了测量,并结合相关理论模型,验证了内聚力模型对未固化胶层的适用性。在此基础上,引入固化度这一概念对固化过程中胶层属性的影响进行描述,建立了固化过程中胶层的固化度、反应潜热、内聚力以及失效位移关系随温度及时间变化的规律,为胶接固化过程有限元模型的建立奠定了基础。3)固化过程中板料固化变形及胶层失效机理有限元研究针对异质材料胶接固化变形及胶层固化失效机理尚不清楚的问题,本文采用有限元方法对胶接固化过程中板料变形进行系统研究,分析了变形演化发展过程中板料、接头以及胶层对变形的影响机制,分析了胶接固化变形的形成机理。在使用内聚力模型作为固化过程中胶层的失效模型的基础上,揭示了胶层固化失效的两种基本失效形式的形成原因,形成了以临界应力-断裂位移为基础的胶接固化失效的判断方法,为设计生产提供了指导。4)降低胶接固化变形方法研究基于上述的研究结果,从胶接固化工艺的角度出发,研究了固化温度、约束距离以及板料厚度等因素对胶接变形的影响规律,发现改变这些因素对减小异质材料胶接固化变形的效果十分有限。其根本原因在于实际工艺中无法解决胶接固化变形的主要矛盾,即异质板料的热膨胀差异。针对这一难题,本文提出单边固化法,即通过维持铝合金板及钢板间的热膨胀差异平衡板料间的热膨胀量,并通过实验,验证了该方法的可行性。综上所述,本文综合采用实验和理论手段对铝合金-钢异质金属胶接固化过程及胶接接头变形、失效机理进行了深入的研究,建立了基于有限元方法的固化变形及胶层失效预测模型,提出了解决异质材料胶接固化变形的方法,为胶接工艺在多材料车身中的应用奠定了理论基础。