搭接长度对CFRP-Al双搭接接头应变分布和失效模式的影响

首先，采用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）与Al制备不同搭接长度双搭接胶接试验件，利用万能试验机进行拉伸试验，获得载荷-位移曲线和胶接接头失效形貌。然后，依据试验数据，基于连续损伤力学模型和3D Hashin失效判据模拟CFRP层合板损伤与演化，使用内聚力模型模拟胶层和基体损伤，获得CFRP层间应力分布与截面应力分布曲线。最后，在此基础上分析不同搭接长度下双搭接接头载荷-位移曲线与接头破坏模式，研究CFRP内部铺层应力分布对失效形貌影响，探究不同搭接长度下双搭接接头破坏机制。结果表明：搭接长度由20 mm增加至40 mm时，胶接接头力学性能显著提高；搭接长度大于40 mm后，搭接长度对力学性能的影响逐渐减弱。拉伸载荷导致90°纤维附近基体的1和2方向应力较大，产生应力集中，接头发生剪切与剥离破坏。双搭接接头失效过程为一侧发生剪切与剥离破坏，接头转变为单搭接结构，之后瞬间发生失稳，较大的剥离力使接头另一侧发生破坏。     

复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一，对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段，一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头，在Tsai等人的理论分析方法（TOM方法）基础上，提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法，该方法考虑了被胶接件的剪切变形，认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形，剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明：本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果，可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。     

纤维铺层方式对CFRP?铝合金单搭接胶接接头拉伸性能影响

为了分析异质材料胶接接头内部典型应力分布规律与刚度退化特点,探究不同铺层方式对异质材料单搭接胶接接头内部应力分布状态影响规律,开展试验和仿真相关研究。首先,制备不同铺层方式的CFRP（carbon fiber reinforce plastic）?铝合金单搭接胶接接头试验件,使用拉伸试验机进行拉伸试验,获得基本试验数据。其次,利用连续损伤模型、3D Hashin失效判据和Cohesive Zone Model研究异质材料胶接接头不同部位典型破坏特点。结果表明,随着复合材料板中0°铺层比例增加,胶接接头极限载荷呈现增加趋势,与之相反接头拉伸位移逐渐缩短。接头铺层方式与载荷方向共同影响胶接接头力学性能,当复合材料板内部各个方向纤维铺层较为均匀时,可以有效降低接头应力集中,载荷方向与铺层纤维方向一致时,可有效提高接头连接强度。复合材料板中0°铺层占比对接头的极限载荷和刚度退化（scalar stiffness degradation,SDEG）影响较大,0°占比越小接头承载能力越弱,接头刚度退化越复杂。      

复合材料层合板单排多钉双剪联接接头强度分析

双剪联接接头是复合材料结构连接设计的主要环节。针对T300/KH304复合材料层合板的单排多钉双剪联接接头,考虑到孔间距离对接头强度的影响,用三维有限元模型对接头的静强度进行数值分析。以应力分析为基础,采用Yamada-Sun准则预测了该层合板结构双剪联接接头的破坏载荷。试验结果表明,该接头的破坏模式主要呈现为挤压破坏,并伴随有净拉伸和剪切破坏模式;接头的位移——载荷曲线近似为直线;Yamada-Sun准则可以较好地预测该结构的破坏载荷;所预测的接头的破坏载荷及破坏模式,试验结果与数值分析结果比较一致。     

一种非线性模型下的复合材料螺栓连接失效分析

复合材料螺栓连接结构已广泛应用于飞机结构件,研究其拉伸失效问题具有重要意义。结合Hashin失效准则、能量耗散率方法、Puck失效准则和材料损伤连续退化方法,建立一种包含面内损伤和层间损伤的复合材料三维非线性模型;将含开孔层合板准静态拉伸试验结果与有限元数值模拟结果进行对比,两者之间的应力应变响应及最终断裂失效模式一致,证明该本构模型是有效的;在此基础上,对复合材料单钉双搭接螺栓连接结构进行拉伸失效分析。结果表明:数值模拟所得位移载荷响应与试验结果吻合良好,极限拉伸载荷误差不超过5%,满足工程应用要求;加载过程中的孔边变形和损伤累积使得螺栓连接结构整体刚度下降,其最终破坏模式为中搭接板挤压失效。     

复合材料结构胶接连接设计与计算

本文对复合材料结构单面搭接、双面搭接、楔面胶接、阶梯搭接、混合(胶接/螺接)接头的设计与计算分析作了广泛的讨论。 单面搭接介绍了以下内容:Hart的胶接剂应力公式与胶接剂剪力破坏极限准则以及胶接剂塑性变形效应的研究结果;Kutscha的“接头效率”概念;Lehmen的半经验方法;Dick-Son的Bonjo线性分析程序;Renton的韧性胶接头疲劳试验结果及他的Bond3、4程序;     

ASTM承剪胶接接头力学性能研究

对承剪单搭接胶接接头力学性能进行了有限元分析及试验验证。通过对ASTMD 5 6 5 6标准薄胶层试件的试验及其和有限元计算结果的对比 ,确定了胶粘剂材料弹塑性应力应变关系。在此基础上 ,引入等效塑性应变准则和J 积分准则对具有不同胶层厚度的ASTMD 5 6 5 6和ASTMD 31 6 5标准试件的强度进行了预测 ,预测结果与试验结果相吻合。还就含脱粘缺陷的ASTMD 31 6 5标准试件的强度进行了分析。计算结果表明 ,ASTMD 5 6 5 6和ASTMD 31 6 5标准试验测得的胶粘剂表观剪切模量和剪切强度只具有相对意义 ,确定胶粘剂材料工程常数 ,还要在计算结果的基础上进行更深入的理论分析 ;对于含脱粘缺陷的ASTMD 31 6 5试件 ,缺陷的位置对其强度有重要影响     

复合材料耳片接头承载能力试验

对各种不同铺层碳纤维复合材料耳片接头进行了拉伸、剪切和弯曲试验。本文详细地论述了这三种试验的测试过程。通过环绕铺层对复合材料耳片接头承载能力增强效果的研究，确定了不同铺层参数下耳片接头的拉伸、剪切和弯曲承载能力及破坏模式，为耳片接头设计及强度分析提供了数据。     

Study on ASTM Shear-loaded Adhesive Lap Joints

对承剪单搭接胶接接头力学性能进行了有限元分析及试验验证。通过对ASTM D5656标准薄胶层试件的试验及其和有限元计算结果的对比，确定了胶粘剂材料弹塑性应力应变关系。在此基础上，引入等效塑性应变准则和J-积分准则对具有不同胶层厚度的ASTM D5656和ASTM D3165标准试件的强度进行了预测，预测结果与试验结果相吻合。还就含脱粘缺陷的ASTM D3165标准试件的强度进行了分析。计算结果表明，ASTM D5656和ASTM D3165标准试验测得的胶粘剂表观剪切模量和剪切强度只具有相对意义，确定胶粘剂材料工程常数，还要在计算结果的基础上进行更深入的理论分析；对于含脱粘缺陷的ASTM D3165试件，缺陷的位置对其强度有重要影响。     

复合材料沉头双钉单搭接连接静强度分析

对复合材料沉头双钉单搭接机械连接接头进行了静态拉伸试验,并建立了三维有限元模型,编写了材料失效准则和刚度退化准则的累积损伤程序,计算了连接孔的挤压应力和接头损伤,预测了连接的失效载荷。数值计算表明:单搭接产生的附加弯矩使孔边应力沿板厚呈三角形分布;孔边挤压损伤和螺帽的侧向压缩损伤以及极限载荷与试验结果吻合;位于搭接板自由端的钉孔弯曲变形较小,应设计为沉头孔。