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Velcro® 和 Dual-lock 粘扣力学性能的实验与数值分析
张军,王佳琦,袁振伟
(郑州大学 化工与能源学院,郑州 450001)
创新点说明:
Velcro® 和 Dual-lock 粘扣虽然被广泛应用,但其力学性能却研究很少,本文通过拉伸,剪切,从不同拉伸和剪切角度的影响、不同拉伸和剪切速率的影响实验,以及双臂梁和180o剥离实验,分别研究两种粘扣的力学性能,并分析比较它们各自特点。然后采用内聚力模型,分析了双臂梁和180o剥离断裂过程。计算结果与实验结果相符合,尤其是模拟Dual-lock 粘扣180o剥离过程,能很好地分析波动开裂过程。
研究方法:
实验采用Instron力学试验机,并利用Arcan夹具。选用3M生产的两种不同性能的粘扣,基板采用工字型铝材并用特殊固定方式。分别对两种粘扣进行了拉伸,剪切,不同拉伸和剪切角度影响,不同拉伸和剪切速率的影响实验,以及双臂梁和180o剥离实验。用ABAQUS软件,利用内聚力粘接单元,对双臂梁和180o剥离断裂过程进行了模拟。
研究结果:
拉伸和剪切实验发现Velcro®粘扣的力学性能与延展性材料类似,Dual-lock粘扣更像脆性材料;不同的施加力角度对其粘接强度影响不明显;施加力速率对其粘接强度有一定影响,Velcro®和Dual-lock粘扣在10-20 mm/min拉伸速率时有很高的粘接强度。利用内聚力粘接单元,对双臂梁断裂和180o剥离过程进行了模拟,计算结果与实验结果符合,尤其是模拟Dual-lock 粘扣180o剥离过程,能很好地分析波动开裂过程。
结论:
Velcro®粘扣应用在延展性链接处适合,Dual-lock 粘扣适合脆性链接;这两种粘扣采用10-20 mm/min的拉开速度有较高的粘接强度。内聚力模型能很好模拟这两种粘扣的断裂过程,可作为理论工具对粘扣进行设计和研发。
关键词:Velcro®粘扣,Dual-lock粘扣,力学性能,内聚力模型,数值预测
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