搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响

针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损伤形成和演化,并利用内聚力模型来模拟层间及胶层的失效损伤,对CFRP复合材料层合板单搭胶接结构在拉伸作用下的失效强度和损伤机制进行了预测,通过对比验证了该数值方法的有效性;通过数值试验比较不同搭接长度和铺层方式的单搭胶接结构及双搭胶接结构的连接强度和损伤行为,并提出了一种优化的CFRP复合材料层合板胶接结构。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的极限失效载荷随着搭接长度的增大逐渐增加并趋于稳定值,且结构的失效形式逐渐从胶层自身剪切失效过渡到邻近胶层的层合板层间分层失效;CFRP复合材料层合板胶接结构的连接强度和损伤行为随着铺层方式的不同而改变,通过对3种铺层方式的对比和分析,得到性能最好的铺层方式是[0₃/90₃]_2S;在搭接长度为5~20 mm时,通过对搭接长度进行优化,得到单搭胶接结构的最优搭接长度是17 mm,双搭胶接结构的最优搭接长度是19.3 mm,与搭接长度为20 mm相比,单搭胶接结构和双搭胶接结构的连接强度分别提高了13.26%和0.43%。      

结构完整性分析中的多尺度力学方法

结构完整性分析一直是机械工程和力学等领域专家学者研究的重要课题.目前在工程装备的设计和评估中应用的安全规范大都是经验性的,亟需开发一种严谨且准确的力学分析方法,不仅可以提高结构完整性评估的精度,还可以安全地提高装备的运行效率.多尺度力学方法可以从材料在不同空间尺度上的微观结构出发,对材料的力学行为进行研究,是能从基础底层推动结构完整性分析的关键.着重回顾近年来关于金属结构材料方面多尺度力学方法的相关研究成果.首先,以分子动力学方法作为微尺度研究方法的代表,介绍金属结构材料的微观变形和断裂机制研究进展.然后,以晶体塑性的连续介质理论为代表,介绍以塑性变形的物理机制和晶体学特征为基础的多尺度力学方法,这种方法考虑晶体弹塑性变形行为的各向异性,具有坚实的物理基础,是一种具有高度可靠性的结构完整性分析方法.最后,笔者就多尺度力学方法目前面临的研究难点和未来发展方向进行了简要讨论.