基于内聚力模型的复合材料胶接接头界面失效机理研究

发布时间：2021-11-25 07:47

　　相比于传统的紧固件连接方式,胶接方式由于具有显著降低重量、减小应力集中和保证结构完整性等优点,在复合材料结构装配制造和修补领域呈现出良好的应用前景。然而,胶接结构界面应力状态和断裂失效机理复杂,受胶粘剂类型、胶接工艺参数、胶接层尺寸、载荷和服役环境等诸多因素影响,对胶接结构设计和性能预测提出了较大挑战。目前,基于弹塑性断裂力学理论发展起来的内聚力模型具有同时预测裂纹萌生与扩展等优点,在复合材料胶接领域应用日益广泛,是目前界面力学研究的理论前沿。按照牵引力-位移跳函数关系形状来说,目前经典的内聚力模型包括双线性、幂指数、梯形等,结合有限元分析,应用于脆性和延展性胶接结构的失效研究中。数值分析表明,零厚度内聚力模型对于预测胶接结构的失效机理最强健,呈现出最优越的计算效率和数值性能。然而,胶接结构界面失效机理的研究,目前仍然存在两个问题:首先,对于使用较多的脆性胶接结构,零厚度内聚力模型可以较好阐明界面失效机理,但是对于延展性胶接结构,不能预测胶接层本身的失效机理;其次,脆性胶粘剂即使在常规载荷和温度环境下,其失效机理仍然与时间有关,使用零厚度的内聚力模型不能预测依赖于率的界面失效机理。本文... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１零厚度和有限厚度胶接界面失效机理：（ａ）脆性胶粘剂，（ｂ）延展性胶粘剂??

．表２．１单搭接胶接接头材料参数??￡＂ｌｌ?Ｅ２２＝Ｅ３３?Ｇ＼２＝Ｇ＼３?Ｇ２３?Ｖｉ２＝?Ｖ１３?ｖ２３?＝?＾３??（ＧＰａ）?（ＧＰａ）?（ＧＰａ）?（ＧＰａ）?（Ｎ／ｍｍ）?（Ｎ／ｍｍ）??１８１?１０．３?７．１７?４?０．２８?０．３?０．２３?０．６６??在公式（２．３）中模式混合比使用７／＝?２．０［ｌｉ］。Ｃａｍｐｉｌｈｏ等图，Ｋｒｕｅｇｅｒ和Ｏ’Ｂｒｉｅｎ

（各处理的主频为２．６ＧＨｚ），４ＧＢ内存。??２．３．２界面失效分析??在内聚力强度７＾＝ｒ／＝４０ＭＰａ时，两种网格模型下的加载－位移曲线如图２．５所示。从??图２．５可知，界面失效突然出现而且无明显的失效演化出现，与Ｃａｍｐｉｌｈｏ等与Ｈｕ和??ｓ〇ｕｔｉ＃ａ得到的结果相似。在相同的内聚力强度和断裂韧性下，指数内聚力模型预测的脱??粘载荷比双线性内聚力模型大，这是由于指数内聚力模型的断裂过程区比双线性内聚力??模型＾长。由于双线性内聚力模型在内聚力形状顶点处出现急剧转折，达到平衡需要的??迭代次数更多，所以指数内聚力模型收敛性比双线性内聚力模型好。除此之外，图２．６??表明网格密度的影响较小，两种网格模型需要几乎相同的时间增量和迭代步数。这表明??粗网格模型密度已经足够保证数值计算收敛性和准确性。??１０????８?■?裂纹初始Ｚ?（１）幂指数内聚力模型??Ａ?Ｉ?内聚力强度为??苳?／Ｉ?５?ｎ＝ｎ＝４０ＭＰａ??彦?§?Ｉ?—？一粗网格??ｇ?■?／?Ｉ?Ｉ?—细网格??吩４?／?Ｉ?ｉ?（２）双线性内聚力模型??＇?／?；?；｜?内聚力强度为??／?Ｉ?；ｉ?７＾＝７＾＝４０ＭＰａ??２?－?賴？失效：丨—’粗网格??／?Ｎｊ，?Ｉ?——＊…细网格??ｙ?．．?．??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０＊５??位移（ｍｍ）??图２．?５内聚力强度７；ｅ?＝?ｒ／?＝?４０ＭＰａ时ＳＬＪ加载？位移曲线??图２．６对比了两种不同内聚力形状在三种内聚力强度７７＝ｒ２ｃ＝２０ＭＰａ

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]基于实验的杂交反演方法及其在复合材料性能研究中的应用[D]. 林雪慧.天津大学 2004

硕士论文
[1]基于内聚力理论的复合材料分层失效机理研究[D]. 顾志平.浙江大学 2016
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本文编号：3517701