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。     

复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。     

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。      

刚度不平衡胶合接头的分析

对具有不同弹性模量、不同厚度的两种材料之间的胶合接头进行了分析。在Ｇ－Ｒ理论的基础上推导了接头胶层应力微分方程及通过实例计算对这种刚度不平衡的接头胶层应力分布进行了分析;讨论了被接件刚度不平衡程度对胶层应力分布的影响。     

胶接修复对碳纤维复合材料层合板挠度的影响

为了研究胶接修复对碳纤维复合材料层合板弯曲挠度的影响，试验设置了阶梯搭接和斜面搭接两种搭接方式，通过三点弯曲实验和数字图像相关技术（DIC）来研究胶接接头的弯曲变形情况。结果表明，在相同搭接长度下，阶梯搭接试件的失效载荷和弯曲强度均低于斜面搭接试件；试件的弯曲挠度与强度和搭接长度有关，搭接长度越长，弯曲强度越高，而弯曲挠度越小。由此表明，搭接长度越长，胶接层合板的强度越高，但不利于层合板的柔性变形。     

薄层碳纤维斜纹布层压板二次胶接试验研究

将复合材料薄板二次胶接技术应用在小型无人机机翼主承力结构上，对于降低机翼盒段的制造成本具有重要的工程应用价值。采用碳纤维斜纹布制2 mm 薄板进行单搭接结构拉剪试验，分析3 种不同型号的胶粘剂对该薄板的适配性以及胶层厚度和层压板铺层角度对二次胶接强度的影响，并通过ABAQUS 软件进行模拟验证。结果表明：使用SY-23B 环氧结构胶，胶层厚度为0.2 mm、铺层方式为［（0/90）］8 -［（0/90）］8 的结构件，胶接性能最优，结构剪切强度可以达到18.2 MPa，满足小型无人机受力盒段的胶接强度要求，二次胶接成形的机翼受力盒段具有轻质化、低成本的优点。     

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;     

复合材料与金属胶接结构的次弯曲效应研究

复合材料与金属胶接单搭接的次弯曲效应引起的剥离应力,会大大降低接头的强度。采用有限元方法分析复合材料铺向角、铺层顺序及斜削对次弯曲的影响,并进一步研究分析次弯曲和胶层剥离应力、板的弯曲刚度之间的关系。结果表明：次弯曲影响剥离应力的大小;弯曲刚度越大,次弯曲越小;斜削有助于减小次弯曲。     

间隙连接对胶接接头应力分布和强度的影响

运用弹塑性有限元法结合实验研究了连续和间隙连接的单搭接接头应力分布规律，并考虑了胶瘤的影响。结果表明，在相当大间隙长度范围内和适当的间隙位置条件下，间隙连接接头并没有大幅度地减小其承载能力，相反其有效搭接区域剪切强度呈明显升高趋势；胶层应力峰值仍然发生在搭接末端；胶瘤承担了相当大的载荷作用；过大的间隙长度以及不当的间隙位置会导致胶层靠近间隙端应力集中明显加剧，成为新的高应力区，可能导致接头破坏模式的改变。实验结果与数值分析结果很好地吻合。     

复合材料单搭胶接接头静力与疲劳裂纹扩展研究

胶层裂纹是复合材料胶接接头的常见损伤形式之一,严重影响复合材料结构的完整性。以胶接结构中常见的复合材料单搭胶接接头为研究对象,建立其三维数值模型,采用双线性内聚力本构关系表征静态裂纹扩展,并将静态模型扩展至疲劳裂纹扩展模型;结合静力与疲劳试验,对单搭胶接接头的应力应变分布规律、裂纹扩展与破坏机理展开研究。结果表明：单搭...     

胶粘剂弹性模量对铝合金单搭接接头应力应变分布的影响

利用弹塑性有限元法研究胶粘剂的弹性模量对单搭接接头应力应变分布的影响.结果表明,随着弹性模量的增加,接头的应力峰值逐渐增大,并由胶层向胶瘤转移,其刚度越大,应变越小.低弹性模量胶粘剂的接头,载荷主要由胶层承担,胶层受力很均匀,而胶瘤的作用很小,胶瘤并没有很大地降低胶层中的应力峰值.高弹性模量胶粘剂的接头,胶瘤的作用很大,承担了很大一部分载荷,而胶层中部受力很不均匀.     

端部斜削的铝单搭接接头应力分布数值分析

用弹塑性有限元法,研究了被粘物自由端外侧斜削角度以及不同弹性模量胶粘剂对铝合金单搭接接头应力分布的影响.结果表明:对被粘物自由端外侧进行斜削,可以使胶层中部的应力峰值降低,从而提高接头的强度.随着斜削角度的减小,胶层中部应力峰值逐渐降低.随着胶粘剂弹性模量的降低,斜削接头胶层中部各应力的峰值随之降低.对于胶粘剂弹性模量高的接头,斜削使得胶层中部的应力峰值得到了极大的降低;而对于胶粘剂弹性模量低的接头,斜削对胶层中部的应力峰值影响较小.     

新型金属/复合材料混合连接结构试验研究

为提高金属与复合材料混合连接结构的力学性能,提出一种金属与复合材料之间的新型连接方法。通过在金属与复合材料搭接区铺设胶膜,同时嵌入若干贯穿被连接件的金属细针,从而使得胶膜与细针共同传递被连接件之间的载荷。为探明和揭示该新型连接方法的优越性,制作了相应的试验件并开展了力学性能测试。通过分析试验过程中的载荷-位移关系以及试验件破坏模式,发现新型连接方法显著提高了金属与复合材料连接结构的破坏载荷、破坏应变及能量吸收能力。若将该新型连接方法应用于航空航天工程,将提高复合材料连接结构的承载效率,降低结构重量。此外,该连接方法还降低了接头破坏的突发性,从而有利于结构缺陷的检测。     

含裂纹板的复合材料胶贴修补分析

 对以纤维增强复合材料为补钉的含裂纹金属板的胶贴修补采用8结点等参元计算了胶贴修补后裂纹前缘应力强度因子及胶层剪应力分布等,并就补钉位置、刚度比及胶层厚度等因素对止裂效果的影响作了分析研究。通过修补前后裂纹扩展速率对比试验,验证了本文计算方法的正确性。方法及结论为实际结构的复合材料胶贴修补提供了理论依据。     

复合材料泡沫夹芯板胶接修理的压缩性能

针对复合材料泡沫夹芯结构在维修结构性能研究方面的缺失,在完成了复合材料泡沫夹芯板的维修与压缩性能测试之后,建立了结构有限元分析模型,结合夹芯结构的稳定性理论解析模型,并对复合材料泡沫夹芯结构的胶接修理压缩性能进行验证。结果表明:通过试验结果简化了有限元分析模型中的胶层设置;应用复合材料夹芯结构的稳定性理论解析模型,能够快速获得复合材料夹芯维修结构的侧压极限载荷上限值;复合材料泡沫夹芯修理结构的主要侧压破坏模式为面板一阶与二阶屈曲失效,该结果说明复合材料泡沫夹芯修补结构的有限元模型与解析稳定性理论模型的计算精度较高,具有较强的工程实用性。     

Material parameter modeling and solution technique using birth–death element for notched metallic panel repaired with bonded composite patch

This paper seeks to outline a novel three-layer model and a new birth–death element solution technique to evaluate static strength of notched metallic panel repaired with bonded composite patch and to optimize material parameters. The higher order 3D, 8-node isotropic solid element and 8-node anisotropic layered solid element with three degrees of freedom per node are respectively implemented to model substrate panel, adhesive layer and composite patch to establish three-layer model of repaired panel. The new solving technique based on birth–death element is developed to allow solution of the stress pattern of repaired panel for identifying failure mode. The new model and its solution are used to model failure mode and residual strength of repaired panel, and the obtained results have a good agreement with the experimental findings. Finally, the influences of material parameter of adhesive layer and composite patch on the residual strength of repaired panel are investigated for optimizing material properties to meet operational and environmental constraints.     

高温对单搭接接头强度的影响

对不同温度下单搭接接头进行拉伸试验,对比不同温度对接头强度的影响。结果表明,温度越

高,接头强度越低,同时,随着温度的升高,胶层的破坏模式也发生变化。通过有限元数值仿真,模拟不同温度

下胶层表面上等效应力的分布情况,得出温度越高,胶层热应力越大,接头强度越低等结论。