钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头渐进失效分析

发布时间：2021-09-22 16:06

　　采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备单搭接胶接接头。利用数字图像相关技术（DIC）、应变采集系统与OM对拉伸载荷下的接头应变与失效模式进行表征,分析拉伸过程中不同时刻接头表面应变与失效形貌,研究异质材料胶接接头失效形式。结果表明,复合材料端头剪切与剥离应力集中,接头在此处开始失效;随着时间延长,接头失效后复合材料表面出现高拉伸应变区域,钛合金表面出现高弯曲应变区域,两者沿脱粘方向移动;剩余粘接区域边缘被胶接件拉伸且弯曲应力进一步提高,促使接头失效;接头依次出现复合材料层间与钛合金-胶层界面失效。 

【文章来源】：材料导报. 2020,34(20)北大核心EICSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

低刚度被胶接件受载变形示意图

结合接头侧面不同时刻X与Y方向应变场发现,复合材料与钛合金刚度不匹配引起复合材料端头处胶层产生较大剥离与剪切应力,使接头发生失效。失效过程中,随着时间的延长,胶层剥离与剪切应力进一步提高,损伤接头受次弯曲效应影响更加显著。2.2 钛合金-芳纶纤维复合材料接头表面应变分布

图7为接头复合材料表面不同时刻的应变。0～100 s,随拉伸载荷增加搭接区域外A点应变也增加,搭接区域内应变增加缓慢,越接近复合材料端头应变越大,B点应变大于C点和D点。100 s时拉伸载荷降低A点应变也降低,随后持续增加;B点处,复合材料在100 s时脱粘,应变急剧增加,直至与A点应变相同,随后应变超过A点持续上升;C点与D点位于粘接区域内,应变增加缓慢,剩余粘接区域单位面积承载能力提高。146～184 s,A点与B点应变在146 s时降低,随后缓慢增加;C点处,复合材料进一步脱粘,应变急剧增加,超过A点与B点应变并超出应变采集量程,应变片损坏;D点仍位于粘接区域内,应变缓慢增加。184 s时,接头完全失效,A点应变降低至2 020με,B点应变降低至6 230με,D点应变降低至0με。图8为接头钛合金表面不同时刻的应变。0～100 s,受复合材料端头偏移及次弯曲效应影响,钛合金E与F处主要承受弯曲应力,应变为负。75～100 s,钛合金逐步与复合材料脱粘,弯曲应力减弱,E点处应变增加;G与H处应变随拉伸载荷增加,应变为正。100～146 s,E点处在100 s时钛合金脱粘,此后应变近似为0με;F点处在100 s时应变急剧降低,随后弯曲应力减弱,应变逐渐增加;G与H点处弯曲应力增加,G点应变由正转负,H点拉伸正应变与弯曲负应变抵消,应变基本保持不变。146～184 s,F点处在146 s时钛合金进一步脱粘,此后应变近似为0με;G与H点受弯曲应力影响应变急剧降低。在184 s时,接头完全失效,脱粘后G点应变由-690με增至27με,H点应变由-82με增至-25με。

【参考文献】：
期刊论文
[1]钢和碳纤维增强材料胶接研究现状[J]. 刘雷,王敏,孔谅,华学明,胡沛源,褚卫东,王大明.  材料导报. 2018(S2)



本文编号：3404031