钢板屈服对CFRP-钢界面粘接性能影响的试验研究

为研究钢板屈服对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)-钢粘接界面的性能影响，开展了一系列CFRP-钢双搭接粘接节点拉伸试验和有限元模拟。以钢板厚度和CFRP粘接长度为变量，通过拉伸试验得到了钢板屈服条件下的节点拉伸荷载-位移曲线、有效粘接长度和失效模式。试验结果表明，15 mm厚钢板的粘接节点在破坏之前表现为弹性状态，而8 mm厚钢板的粘接节点在破坏前钢板已经屈服并进入塑性状态。钢板屈服使得节点的荷载-位移曲线由线性变为非线性，且钢板屈服时节点的失效位移增加；随着钢板屈服，节点的失效模式由CFRP层离破坏变为CFRP层离和钢板-胶层界面脱粘混合模式，且随着钢板屈服程度的增大，钢板-胶层脱粘面积也在增大。根据本文所采用的节点试件及所选取的材料属性，当8 mm厚钢板节点在出现钢板屈服后，其最大失效位移约为15 mm厚钢板节点的4.2倍，但其承载力仅为15 mm厚钢板节点的69.92%。即节点由于钢板屈服所获得的延性是以节点承载力降低为代价的。从有限元结果可以发现，当钢板屈服程度增加，节点失效位置将会从接头处转移至粘接接头远端，有效粘接长度也随之减小。