厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能及局部应力研究-建筑机械.PDF

厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能 及局部应力研究 郭 岗，王佳茜，李 沙 （中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410205 ） ［摘要］针对不同胶粘长度、不同形状、不同材料的胶粘接头进行疲劳试验，得到最大施加载荷和 疲劳循环次数的曲线。运用有限元法研究胶粘层的最大施加载荷与疲劳寿命，发现所有复合材料接头破 坏的疲劳次数与最大载荷密切相关。研究表明所有测点的最大剪应力和破坏疲劳次数都分布在一个小范 围内，具有较低的分散度，而与接头的形状和粘胶长度无关。表明可以把胶粘层的最大弹性应力作为一 种设计准则。 ［关键字］复合材料；胶粘接头；疲劳；局部应力 ［中图分类号］TB333 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X （2015 ）03-0067-05 Local stress analysis of fatigue performance of adhesively bonded thick composite laminates GUO Gang ，WANG Jia-qian ，LI Sha 工程机械臂式结构中厚碳纤维复合材料层压 象，表明层合板内部的裂缝扩展，既有第一层之 板得到了广泛应用。在实际设计制造时，为了实现 间的扩展又有第一层与第二层之间界面的破坏，或 模块化生产，通过将较小的结构件胶粘，得到比较 者兼有这两种形式的裂纹扩展并伴随扩展路径的变 复杂的结构。模块化生产方式提高了复合材料层压 化。采用局部应力方法，虽可建立一些局部应力方 板结构的生产效率，降低了生产成本，但也产生了 法与断裂力学方法之间的联系［11 ］，但仅只考虑胶 大量胶粘接头。因此，研究厚复合材料层压板胶粘 合板之间的应力。因此，这些方法仅仅定义了载荷 接头的疲劳性能非常重要。 施加到接头上的限定条件，并不能详细地描述实际 众所周知，不能简单依靠标准试件的加载-寿 试验中发生的现象。 命曲线进行复合材料胶粘接头的疲劳设计。文献 本文分析了复合材料-复合材料胶粘、钢材- ［1 ］表明胶粘接头的承载能力不能用平均应力衡 复合材料胶粘的疲劳试验结果。在复合材料层压板 ［2 ，3 ］ 量，也即不能用施加载荷除以接头的面积 。 的案例中，理论计算和分析比较复杂，因此，本文 ［12 ］ 层合板胶粘的案例中，重叠部分的边缘经常会产生 采用有限元法计算局部应力 。 应力集中，胶粘界面内也会产生应力奇点，而这些 ［4 ］ 1 胶粘接头疲劳试验 点的应力与平均应力并不呈比例关系 。因此， 将标准件的疲劳试验结果应用到实际结构时，需要 1.1 试验用试件 具体问题具体分析。 为了测试胶粘接头胶粘层的不同应力值， 目前常用的方法可以分成三大类：基于局部 设计和制作了4种不同的接头形式的试件，如图1 应力分布的方法［5 ］；基于断裂力学的方法［6-8 ］； 采用广义应力强度因子概念的方法［9 ，10 ］。其中断 DOI: 10.14189/j.cnki.cm1981.2015.03.003 裂力学和强度因子方法常与试验结果表现出较好的 ［收稿日期］ - - 2014 10 21 联系。通过断裂力学研究胶粘接头的疲劳损伤现 ［通讯地址］