复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析
厚复合材料层压板胶粘接头疲劳性能及局部应力研究
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）03-0067-05Local stress analysis of fatigue performance of adhesively bondedthick composite laminatesGUO 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板得到了广泛应用。
在实际设计制造时，为了实现模块化生产，通过将较小的结构件胶粘，得到比较复杂的结构。
模块化生产方式提高了复合材料层压板结构的生产效率，降低了生产成本，但也产生了大量胶粘接头。
因此，研究厚复合材料层压板胶粘接头的疲劳性能非常重要。
众所周知，不能简单依靠标准试件的加载-寿命曲线进行复合材料胶粘接头的疲劳设计。
文献［1］表明胶粘接头的承载能力不能用平均应力衡量，也即不能用施加载荷除以接头的面积［2，3］。
层合板胶粘的案例中，重叠部分的边缘经常会产生应力集中，胶粘界面内也会产生应力奇点，而这些点的应力与平均应力并不呈比例关系［4］。
因此，将标准件的疲劳试验结果应用到实际结构时，需要具体问题具体分析。
目前常用的方法可以分成三大类：基于局部应力分布的方法［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］。
复合材料对称层压板螺栓连接孔边应力分析和接头承载能力预测
１张志民，复合材料结构力学．北京航空航天大学出版社，１９９３。９。
２ｃ｝阻碍，ＦＫ．．１＇把ｅｆｆｅｃｔｄ＃ｎｌｏａｄｄｌｓｔｆｉｌｍｆｉｏｎｏｎｔｈｅ且ｈ＿ｅｎｓｔｈ ２０（１９８６），４０１．－．４０６。 ３李顺林．复合材料工作手册．航空工业出版社，１９９８。
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ｐｉｎｈｄｅｄｈｏｌｅ．ｉｎｌ姗ｉＩ删ｃ讲“ｐ∞ｉ妇，ＪＣ的载荷或位移分布必须知道．一般假设为余
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２经典层合板理论
以经典层合板理论为基础．层压板合力、合力矩与中面应变和中面曲率的关
系为： ＡＩ
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Ａ１６ Ａ２６ Ａ“ Ｂ１６ Ｂ２６ Ｂ６６
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（８）
３单层破坏准则
正交各向异性单层板破坏理论有许多．如最大应力理论、最大应变理论、 Ｔｓａｉ一３Ｈｉｌｌ理论、Ｈｏｆｆｍａｎ理论、Ｔｓａｉ—Ｗｕ理论等等。本文采用的Ｔｓａｉ—Ｈｉｌｌ理论应 用普遍、简单且较为精确。 平面应力状态下的Ｔｓａｉ—Ｈｉｌｌ强度理论表达式为：
㈡２＋２－。０删＂１０＂２＋㈤＝・
Ｙａｍａｄａ—Ｓｕｎ准则表示为：
（孙㈤∥雠磐
板轨道剪切试验时的剪切强度。 Ｃｈａｎｇ提出的特征曲线为：
㈨）
Ｓ为１０／９０１，
其巾ｏ．，ｏ ６为轴向正应力和剪应力，ｘ为纤维方向的拉伸和压缩强度，
，（日）＝ＤＩＭ／２＋ＲＩ＋（Ｒ。一Ｒ，）ＣＯＳｌ９
（１７）
式巾ＤＩＭ、ｏ为几何参数。Ｒ，＆为拉伸和压缩特征长度，可由试验测定・如图２所示： 在特征曲线上．只要任何一点的ｅ值达到或超过１．则发生破坏。 根据上述理论可以编制程序来预测单个螺栓连接接头的极限承载能力．但有 几点值得进一步研究。探讨和完善： １）通过对孔边的实际位移分析得知紧固件与孔边的实际接触角８；是小于９００ 的．冈此对孔边载荷分布的更准确的描述应当使。的取值范围为－０ ｔ《０≤ｅ。．而 不是．９００《ｏ≤９００。实际接触角０。可由算得的沿接触表面的正应力通过反复计 算，直到接触面积上的正应力都为压力以及除去接触面积以外的孔边界的位移指 向外为止。这样得到的接触角就可当作实际的接触角０。。
复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究
复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究张阿盈【摘要】胶接是复合材料结构主要连接方法之一，对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。
在初步设计阶段，一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。
针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头，在Tsai等人的理论分析方法（TOM方法）基础上，提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法，该方法考虑了被胶接件的剪切变形，认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形，剪应力沿该半厚度呈线性分布。
算例分析结果表明：本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果，可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。
%Adhesively bonding is an important joint method in composite structures. The stress analysis of adhe sively bonded joint is the key to guarantee safety and durability of composites. Currently, in structure initial design stage, joint stress analysis and parametric study are normally performed with analytical methods. Based on the theoretical solution of Tsai, et al （TOM method）, an improved theoretical solution for adhesively bonded single-lap and double-lap joints is proposed, the shear effect in adhesive layer is considered. It is assumed that shear strain only exists in the half thickness of the adhesive layer. The results of improved analytical solution are compared with simulation results of finite element method as well as other existing methods, and show that the improved solutions are more close to numerical results than that of other existing theoretical ones for composite laminates. The proposed method caneffectively estimate shear stress distributions of adhesively bond composite lap joint.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2012(003)002【总页数】7页(P167-173)【关键词】复合材料;胶接接头;双搭接;单搭接;胶层;剪应力【作者】张阿盈【作者单位】中国飞机强度研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】V214.80 引言胶接是复合材料结构主要连接方法之一，由于其结构轻、连接效率高、耗时少、成本低、疲劳性、密封性能好等优点，在航空结构上得到了越来越广泛的应用。
复合材料胶接、缝合连接设计研究(全文)
复合材料胶接、缝合连接设计研究XX：1671-7597（20XX）17-0117-011 概述根据复合材料的自身特点及其破坏的机理，存复合材料连接中，胶接、缝合连接、混合连接已被广泛的运用。
合理的胶接、缝合连接、混合连接设计，不但能够满足使用要求，减轻结构重量，提高可靠性，还可以延长结构的使用寿命。
本文针对复合材料的胶接、缝合连接、混合连接方法进行探讨。
2 胶接连接胶接连接是借助胶粘剂将复合材料、金属材料零件连接成不可拆卸整体的连接方法。
2.1 胶接连接优点1）胶接连接受力均衡，接触为面接触，承载能力强，不同于机械连接的点接触。
2）没有钻孔引起的应力集中和分层，连接可靠性好，结构重量轻。
3）胶接连接能获得光滑的气动外形，外形美观。
4）抗疲劳性、密封性、减振性能好。
5）不同材料连接时，有隔离的作用，无电偶腐蚀问题，相容性好。
6）有阻止裂纹扩展的作用。
2.2 胶接连接缺点1）胶接的质量操纵比较困难。
2）胶接强度分散性大，剥离强度低。
3）胶接的工艺要求严格。
4）胶接性能受湿热效应、介质等环境的因素影响大，胶粘剂存在老化的问题。
5）如果需要加温加压就需要专门的设备，成本高。
2.3 胶接连接参数胶接连接主要参数包括胶接件的厚度t、胶层厚度h、胶接件的搭接长度L等（见图1数值为本文推举）。
1）胶接件的厚度t。
胶接件的厚度由其所传递载荷P的大小确定。
图1 胶接连接的参数图2 缝合连接的参数2）胶层厚度h。
胶层厚度h对连接强度有很大影响，增加胶层厚度，可减少应力集中，提高连接强度。
胶层厚度过厚，会产生胶层厚度偏差、气孔等缺陷；胶层厚度过薄，不能满足连接强度的要求。
因此，胶层厚度一般取0.1～0.4 mm。
胶接件的搭接长度L。
胶接件的搭接长度与胶接件的厚度（载荷p的大小）有关，因此，胶接件的搭接长度应尽可能的大，来满足连接的可靠性要求。
胶接件的搭接长度L≥8 mm。
3 缝合连接缝合连接是借助缝合线将复合材料连接在一起，经过固化使缝合线与复合材料成为不可拆卸的整体的连接方法。
航空器复合材料胶接接头设计(ABAQUS-XFEM)
摘要复合材料结构的连接形式主要分为胶接和机械连接，随着复合材料在航空航天领域的广泛应用，胶接因其在复合材料结构连接中的优良特性日益受到结构设计人员的青睐，具有连接效率高、结构轻、抗疲劳、密封性好等优点。
然而胶接设计也具有很大的挑战性，在结构强度计算中，胶接连接接头部位一般为危险部位，需要重点校核。
所以，对复合材料胶接接头的设计分析是十分必要的。
本选题利用成熟的有限元商用软件ABAQUS，使用XFEM（扩展有限元法）对胶层和复合材料层的应力场等进行分析。
通过分析计算这些应力，同时应用相应的失效准则，进而可预测初始裂纹的扩展与否及扩展的长度，为胶接接头设计的选择提供必要的依据。
在文章中，讨论了胶接长度、胶层厚度和初始裂纹的位置对裂纹扩展的影响。
通过对仿真结果的分析，提出了减小胶接长度和胶层厚度的观点，指出裂纹易于产生及扩展的区域，对胶接接头的设计进行了优化。
胶接接头的优化设计对拓宽复合材料在飞机结构上的应用范围，进一步减轻结构重量、提高疲劳性能和降低制造成本具有重要的工程使用价值。
关键词:复合材料板胶接接头扩展有限元裂纹扩展AbstractThe joint methods of composite structure contain cementing and mechanical connection.. With the use of composite in the field of aviation increased a lot in recent years for its high strength and lightness, the cementing is increasingly favored by the structure design staff for its excellent characteristics in the connection field of composite structure. The characteristics are high ligation efficiency, light structure, antifatigue and good sealing. However, glued design also has a great challenge. In the structural strength calculations, glued joints are generally connected to dangerous parts and need to focus on checking. Therefore, the design and analysis of composite bonded joint is very necessary.The topic use the sophisticated and commercial software -ABAQUS, in the field of finite element, and use XFEM ( extended finite element method ) as the foundation to analysis the stress field of bonding layers and composite layers. By analyzing and calculating these stresses, while applying the appropriate failure criterion, we can predict the initial crack extension and the length of the expansion. In this way, it can provide the necessary basis for the design of bonding joints. In the article, we discussed the impact of the bonding length, layer thickness and initial crack location on crack propagation. Through the analysis of simulation results, we presented two standpoints of reducing the length of bonding joint and the thickness of adhesive. Besides, we pointed the areas where cracks are easy to generate and expand. Optimal design of adhesive joints in composite materials has important engineering value to broaden the scope of application of the aircraft structure and further reduce the structural weight, improve the performance of fatigue and reduce manufacturing costs.Keywords:Composite plates, Adhesive joints, XFEM, Crack extension目录摘要 (I)Abstract ....................................................... I I 目录.......................................................... I II 第一章引言.. (1)1.1导言 (1)1.2胶接连接 (2)1.2.1 简介 (2)1.2.2胶接连接应当注意的问题 (3)1.2.3胶接连接研究现状 (3)1.3 胶接接头 (4)1.3.1胶接接头简介 (4)1.3.2胶接接头的基本形式 (5)1.3.3胶接接头的破坏模式 (6)1.3.4胶接接头处可能出现的裂纹及其影响 (7)第二章复合材料损伤和胶接连接的力学模型 (8)2.1导言 (8)2.2复合材料层板强度预测 (8)2.3复合材料和胶层断裂准则 (10)第三章利用ABAQUS建立复合材料胶接接的有限元模型 (13)3.1扩展有限元方法和工程软件ABAQUS简介 (13)3.1.1传统有限元方法 (13)3.1.2扩展有限元方法及基本原理 (14)3.1.3ABAQUS简介 (15)3.2利用ABAQUS建立复合材料板胶接模型的过程 (16)3.2.1几何模型的建立和约束条件 (16)3.2.2材料属性 (17)3.2.3定义接触 (19)3.2.4 对于XFEM定义 (19)第四章基于裂纹扩展分析的单面搭接接头设计 (21)4.1复合材料胶接接头在纵向载荷下的受力分析 (21)4.2不同搭接长度下胶接接头的裂纹扩展情况 (23)4.2.1搭接长度为15mm的情况 (23)4.2.2搭接长度为10mm的情况 (25)4.2.3搭接长度为20mm的情况 (26)4.2.4不同搭接长度下裂纹情况的对比及结论 (28)4.3不同胶层厚度下胶接接头的裂纹扩展情况 (29)4.3.1胶层厚度为0.1mm的情况 (29)4.3.2胶层厚度为0.2mm的情况 (31)4.3.3胶层厚度为0.3mm的情况 (33)4.3.4不同胶层厚度下裂纹情况的对比及结论 (34)带五章基于裂纹扩展的斜面搭接接头设计 (37)5.1斜面搭接接头在纵向载荷下的受力分析 (37)5.2不同裂纹位置下胶接接头的裂纹扩展情况 (38)5.2.1选取的三种不同裂纹位置 (39)5.2.2裂纹的扩展情况 (40)5.2.3三种情况对比及结论 (42)5.3单面搭接和斜面搭接情况的对比 (43)第六章全文总结及展望 (46)6.1全文总结 (46)6.2展望 (47)致谢辞 (49)参考文献 (50)第一章引言1.1导言复合材料作为一种新材料，在最近的半个多世纪中飞速发展，由于复合材料采用纤维加强结构，使得复合材料具有比重小、比强度和比模量大的特点，并且由于采用的是铺层结构，制造过程简单，容易成型。
铝合金胶接对接接头应力分布的数值分析
情况． 胶层 应力在 两端 部分 波 动较大 ， 中 间应 力分布 比较 有规 则 ， Ｙ 与 第 一主应 力 与胶 结长 度 在 Ｘ、
几 乎成线 性分布 ， 而胶层 的平均 应 力 关于 胶 层 的 中 点位 置 几 乎 呈现 对称 的抛 物 线 分 布． 于 以上 基 规律 可 以为铝合 金在 受到 载荷 时对 接头 的设 计提供 一定 的方 法和建 议． 关键词 ： 铝合金 ； 胶 接接 头 ； 应 力分布 ； 有 限元
Ｔａ ｏ ｇ ｉ Ｌ ｎ ａ Ｙｏ ｉ ＹｅＨ ｉ ｎ ｎＺ ｎ ｑ ｉ Ｃａ ｃｎ ｕＭ ｎ ｕｊ ｕ
（ ｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ＆ Ｍａ ｅｉｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｃｏ ｌ ｅ ｏ ｃ ａ ｉａ ｅ ｔｒａ ｇ ｎ ｅｉ ｇ，Ｃｈｎ ｒｅＧｏ ｇ ｓＵｎｖ ｉａＴｈ ｅ ｒ ｅ ｉ．，Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ２，Ｃｈ ｎ ） ｃ ａ ｇ４ ３ ０ ｉａ
谭 宗 柒 李灿 灿 游 敏 叶 惠 军
（ 三峡 大学 机械 与材料 学院 ，湖北 宜昌 ４ ３０ ） ４ ０ ２
摘要 ： 铝合 金在 采用 对接接 头胶 接 时能保 证连 接 强度 ， 但其 应 力分 布 不容 易分 析． 通过 数 值 分析 方
法 ， ＡＮＳ 在 ＹＳ软件平 台中通过搭 建 两种不 同形 式 的铝合金 对接 接 头， 究模 型 弯 曲时其应 力分 布 研
复合材料连接
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5.3.2 机械连接设计
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5.3.2 机械连接设计
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(a)搭接 (b)偏位搭接 (c)变厚度搭接 (d)单盖板对接 (e)双盖板对接 (f)变厚度盖板对接
5.3.1 机械连接接头的分析
步骤： 1. 对结构部件进行内力和变形分析，确定接头
的外载荷； 2. 对接头内力和变形进行分析，给出各紧固件
载荷和作用于每个紧固件孔的旁路载荷； 3. 紧固件的应力分析； 4. 有载孔和无载孔板的应力、应变分析； 5. 接头的破坏分析
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这时λ也可简化为：
(5-13)
(5-12)
最大剪应力发生在
处：
(5-14)
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5.2.1 胶接连接接头的分析
则无量纲的剪应力为：
而无量纲化的最大剪应力为：
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(5-15) (5-16)
(5-17)
环境的影响较大 • 胶接质量的检验较困难 • 多数情况下胶接具有不可拆卸性
Байду номын сангаас
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5.1.1 胶接与机械连接的比较
优点
机 械 连 接 缺点
• 表面无须仔细清理即可获得较大的 连接强度
• 强度分散性小 • 抗剥离能力大 • 易于拆卸
• 开孔须削弱构件截面，且引起应力 集中等
521胶接连接接头的分析20191027weizhoucugeducn20设计原则使胶层在受力方向有足够的强度尽量减少应力集中防止接头端部层合板发生层间拉伸破坏胶粘剂的选择要有较好的综合力学性能有较好的粘接强度工艺性好使用方便522胶接连接设计20191027weizhoucugeducn21试验基本性能试验设计接头的验证试验接头的疲劳寿命试验522胶接连接设计20191027weizhoucugeducn22胶接接头几何参数的选择522胶接连接设计20191027weizhoucugeducn2353机械连接521机械连接接头的分析522机械连接设计一般来说对于受力大的结构连接构件较厚多采用螺栓或铆接等机械连接机械连接的主要形式有搭接和对接两种
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析
材料特性对胶接接头应力分布和弯矩因子的有限元分析1. 引言1.1 背景介绍胶接接头是工程中常见的连接方式，通过使用胶粘剂将材料粘结在一起，可以实现高强度的连接。
胶接接头的性能受到材料特性的影响，不同的材料具有不同的力学性质，会影响胶接接头的应力分布和弯矩因子。
研究材料特性对胶接接头的影响具有重要意义。
胶接接头的设计和优化需要考虑材料的性质，通过有限元分析方法可以模拟胶接接头在受力情况下的应力分布和弯矩因子。
了解材料特性与胶接接头性能之间的关系，有助于指导工程实践中胶接接头的设计和应用。
1.2 研究目的胶接接头是工程结构中常用的连接方式，其弯矩和应力分布对结构的稳定性和强度有着重要影响。
材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响却鲜有深入研究。
本研究旨在通过有限元分析，探讨不同材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响规律，为工程结构设计提供更加精准的参考依据。
具体目的包括：1. 分析不同材料特性对胶接接头应力分布的影响规律，寻找最优材料组合以获得最小的应力集中区域；2. 探讨材料特性对胶接接头弯矩因子的影响机制，为提高接头的抗弯强度提供理论依据；3. 确定影响应力分布和弯矩因子的关键参数，为工程实践中的胶接接头设计提供可靠的参考指导。
本研究旨在深化对胶接接头力学行为的认识，为提高工程结构的可靠性和安全性提供新的思路和方法。
1.3 研究意义胶接接头在工程实践中被广泛应用，而材料特性对胶接接头的性能起着至关重要的作用。
通过有限元分析研究材料特性对胶接接头的应力分布和弯矩因子的影响，不仅可以深入了解胶接接头的力学性能，还可以为工程设计提供重要参考依据。
2. 正文2.1 胶接接头的特性胶接接头是一种常见的连接方式，通过将两个或多个材料通过胶水进行粘接，形成一个整体结构。
胶接接头具有以下特点：第一，胶接接头可以连接不同种类的材料，如金属、塑料、玻璃等，具有很好的通用性和适用性。
第二，胶接接头可以实现无孔隙、无融合、无位移等优点，具有优良的密封性和耐腐蚀性。
复合材料胶结结构拉伸试验及胶层应力分析
复合材料胶结结构拉伸试验及胶层应力分析任伟;张少锋;张博;胡乐瀚;胡琬婷【摘要】通过对复合材料双搭接胶结结构开展单向拉伸试验,并利用理论和数值仿真方法分析对结构在拉伸状态下的胶层剪切应力进行.研究结果表明:胶结件的破坏为胶层与搭接板间的脆性脱粘破坏,无胶层内聚破坏,复合材料搭接板局部有分层损伤产生;应力变化趋势的理论结果和仿真结果一致,数据吻合性好且误差小,剪切应力最大值发生在胶结端部,变化趋势从样件中部到端部先下降再上升;胶结接头的破坏是由于外载作用下胶层内部的剪切应力和拉应力共同作用的结果.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2017(035)002【总页数】5页(P54-58)【关键词】复合材料;胶接结构;断口分析;应力分析;仿真模拟【作者】任伟;张少锋;张博;胡乐瀚;胡琬婷【作者单位】海军驻广州七五〇厂军事代表室,广州 510000;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610【正文语种】中文【中图分类】V258复合材料具备轻质、高比刚度、高比强度及可设计性等优异特性，已在航空航天领域有广泛应用，由次承力结构逐渐向主承力结构转变。
为了实现载荷传递和结构的整体性，复合材料连接必不可少，目前研究的主要连接方式包括机械和胶结两种。
与机械连接相比，胶结结构具备不破坏纤维的连续性、无钻孔引起的应力集中、不削弱元件承载能力、连接效率高和结构轻等优势[1～4]，在飞行器复合材料结构连接中占有很大比重，在某些机体结构上，胶结面积甚至超过机身总面积的50 %。
然而，在服役过程中，有统计结果显示，复合材料连接部位是承载的薄弱环节，飞行器结构有70 %以上的破坏都发生在连接部位，因此，准确的计算连接结构的应力状态成为研究热点[5～8]，相关研究成果可为飞行器的安全可靠性服役保驾护航。
复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析
复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析沃西源 涂 彬 夏英伟 房海军(北京空间机电研究所,北京 100076)摘 要 复合材料胶接连接工艺已被人们所肯定,在实践应用中反映出复合材料胶接接头中内应力是影响其胶接性能和耐久性的重要因素之一,文中简述了胶接工艺特点和应具备的主要条件,胶接接头形成和胶接接头内应力分析等内容。
关键词 复合材料 胶接接头 内应力 分析Technics and I nternal Stress Analysis of Adhesive Bonding in Composite MaterialW o X iyuan Tu Bin X ia Y ing wei Fang Haijun(Beijing Institute of S pace Mechanics &E lectricity ,Beijing 100076)Abstract Adhesive bonding which used in manufacture of com posite material was widely accepted by people.In practice and applications ,we found internal stress was the m ost im portant factor which affect the performance of adhesive bonding joint.This paper introduced the characteristic of the technique and the conditions which must be provided of ad 2hesive bonding in briefly.The form of the bonding joint and the analysis of adhesive bonding were als o expounded in this article.K ey Words C om posite material Adhesive bonding joint Internal stress Analysis收稿日期:2007-11-281 引言复合材料是一种由多种性质极不相同的材料组成的多相材料。
复合材料连接结构强度研究与失效分析
复合材料连接结构强度研究与失效分析摘要：复合材料连接结构是目前载重性能最高的连接结构之一，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
然而，由于连接结构复杂性和材料异质性，其强度和失效机理研究始终是一个难点问题。
本文针对复合材料连接结构的强度研究与失效分析做了详细的探讨，旨在为复合材料连接结构的设计与研发提供参考。
关键词：复合材料、连接结构、强度、失效分析一、引言复合材料由于具有轻质、高强、高模量等优点，已被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
连接结构作为复合材料构件的重要组成部分，其强度和失效机理的研究对于应用领域的推广和应用效果的提高具有重要意义。
本文将针对复合材料连接结构在强度和失效机理方面的研究进行探讨，旨在提供参考和帮助设计师和工程师更好地理解复合材料连接结构的性能与特点，进而实现更加高效的设计和研发。
二、复合材料连接结构的强度分析复合材料连接结构的强度受到多种因素的影响，其中最主要的因素包括复合材料的材料特性、接头设计、接头形状、加载方式等。
本文将从这些方面对复合材料连接结构的强度进行分析和讨论。
（一）复合材料的材料特性复合材料的材料特性直接影响着连接结构的强度和应力分布状态。
传统的金属材料具有均匀的力学性质，而复合材料的异质性使得其在不同方向上的力学性质存在差异，因此需要通过合适的纤维、树脂、增强剂等材料选择和配比，以获得所需的力学性能。
（二）接头设计接头设计是影响复合材料连接结构强度的关键因素之一。
不同的接头设计方案会导致不同的应力集中和分布，从而对接头强度和稳定性产生影响。
目前常用的接头设计方案主要有铆接、粘接和机械锁合等。
（三）接头形状接头形状是影响复合材料连接结构强度的另一个重要因素。
在接头设计过程中，形状的选择不仅影响接头的强度，还可影响接头的重量，以及接头的厚度和质量。
（四）加载方式加载方式是影响复合材料连接结构强度的另一个重要因素。
根据加载方式的不同，复合材料连接结构的应力和变形状态也会发生变化，因此需要在设计时考虑加载方式对接头强度的影响[1]。
夹芯复合材料∕钢板胶接接头力学特性
夹芯复合材料∕钢板胶接接头力学特性夹芯复合材料/钢板胶接接头力学特性夹芯复合材料和钢板胶接接头都是新型的材料，它们具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等特点，在工程应用中得到了广泛的应用。
本文将重点探讨这两种材料的力学特性。
夹芯复合材料（honeycomb composite）夹芯复合材料由两层薄皮和一层蜂窝状芯层（honeycomb core）构成。
这种材料的轻质、高强度和优良的机械性能使它成为一种广泛应用于空气航天、船舶、汽车、建筑等领域的复合材料。
夹芯复合材料的力学特性与材料的组成、结构、制造工艺等因素有关。
一般而言，夹芯复合材料的弹性模量高、材料耐久性强、自重轻，在单向或多向受力时都具有出色的强度表现。
随着夹芯复合材料在工程中的不断应用和研究，其力学性能和工艺水平也不断提高。
目前，夹芯复合材料已经可以生产出高强度、高温度、高耐久性、低热膨胀系数的复合材料，可以满足不同领域的需要。
钢板胶接接头（steel adhesive joint）钢板胶接接头是一种新型的钢结构连接方式，它与传统的焊接、螺栓连接方式相比具有更好的机械性能、可靠性和安全性。
钢板胶接接头是通过将两个钢板粘合在一起，形成一种强力的结构连接方式。
钢板胶接接头的强度、刚度和耐久性与胶接剂（adhesive）种类、粘接面积、接头几何形状等因素密切相关。
在合适的条件下，钢板胶接接头的强度能够达到焊接接头的强度。
尽管钢板胶接接头在许多方面具有优越性，但是它也有一些缺陷，例如需要定期检查胶水状况，以确保粘合层的完整性。
此外，在高温环境下，粘合层的性能会受到影响，这也是其在某些特殊条件下失效的原因之一。
结论夹芯复合材料和钢板胶接接头是两种新型的材料，在工程应用中得到了广泛的应用。
它们的力学特性取决于材料的组成、结构、制造工艺等因素。
夹芯复合材料具有优良的强度和刚度表现，钢板胶接接头则具有更好的机械强度、可靠性和安全性。
在选择材料时，应根据实际情况进行综合考虑，选择最适合自己需要的材料。
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析张少锋;张博;罗琴;欧永【摘要】本研究通过单轴拉伸试验实现复合材料单搭胶结结构胶面剪切破坏测试,获得了结构的极限剪切强度,同时利用解析法和仿真模拟方法分析了胶层的剪切应力状态.研究结果表明:胶结件的破坏为胶层与搭接板间的脱粘破坏,无胶层内聚破坏;胶层横断面中部剪切应力值最低,胶结区端部产生应力集中,端部应力最大;胶层存在剪切应力的同时,也存在垂直于胶结面的拉应力,其破坏原因是剪应力和拉应力的综合影响结果;平均剪切应力计算结果显示:试验值、理论值和仿真结果分别为8.9 MPa、9.5 MPa和9.2 MPa,理论结果和仿真结果的应力变化趋势一致,理论解和仿真解与试验值的误差均在7％以内,理论分析和仿真模拟可实现胶结结构剪切应力的可靠预报.【期刊名称】《环境技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】6页(P39-44)【关键词】复合材料;胶接结构;断口分析;应力分析;仿真模拟【作者】张少锋;张博;罗琴;欧永【作者单位】工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;工业和信息化部电子第五研究所,广州 510610;广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心,广州 510610;广东省工业机器人可靠性工程实验室,广州 510610;泰州赛宝工业技术研究院有限公司,泰州225500【正文语种】中文【中图分类】V258引言轻质、高比刚度、高比强度的先进复合材料在工程领域中的应用越来越广泛，尤其是航空航天领域，先进复合材料在飞行器上应用的部位和用量已成为衡量飞机结构先进性和民机技术与市场竞争力的重要指标之一。
全复合材料通用飞机机翼胶接方式应力分析研究
全复合材料通用飞机机翼胶接方式应力分析研究摘要：研究了某型全复合材料飞机机翼所采用的不同类型的胶接接头并进行胶接接头强度分析,得出不同形式的胶接接头的胶接强度及具体在飞机研制过程中针对不同结构选用适当胶接形式的一般性规律。
研究分析结果对通用飞机复合材料胶接接头设计及优化有一定的指导作用。
关键词：复合材料胶接胶接强度胶接接头强度分析碳纤维复合材料是一种先进的结构材料，由于其轻质、强度高、刚度好在航空领域已经得到了广泛的应用。
复合材料构件力求结构的整体性，但考虑到目前复合材料结构设计及成型工艺的需要，必须存在一定的结构分离面和工艺分离面[1]。
所以在复合材料结构上，存在大量的连接问题，而胶接由于其结构轻、连接效率高、应力分布均匀等优点，无疑成为航空结构连接方式上的首选。
对于一架全复合材料的通用飞机的机翼来说其构件胶接接头的设计是很有挑战性的，由于接头复合材料层的层间强度都很低,胶接段两端附近的层间应力将影响到复合材料胶接强度。
因此,准确的应力分析对于胶接接头的设计优化有着重要意义。
有限元分析灵活性强, 有现成的商业软件可用，所以在胶接接头强度分析问题上通常会采用有限元计算分析方法[2]。
胶接接头通常要计算胶层和复合材料层的应力场。
通过分析计算这些应力, 同时应用相关的失效准则, 进而可预测接头的强度。
为全复合材料飞机机翼研制过程中机翼结构胶接接头设计形式的选择提供必要的依据。
本文通过对国内某型全复合材料通用飞机机翼所采用的胶接方式进行研究，总结复合材料构件的连接形式和连接方法应用在全复合材料通用飞机结构上所遵循的一般规律，为全复合材料通用飞机的研制提供一定的参考。
1 某型全复合材料飞机中所使用的胶接形式1.1 胶接接头的设计原则及破坏模式复合材料胶接接头的核心问题是胶接强度。
接头的胶层一般受剪切、剥离、拉伸、撕裂四种基本的载荷形式，其中承受剪切力时胶层强度最大。
对接头强度影响最大的是其外部载荷和内部应力分布，所以尽可能提高接头抵抗外力的能力和改善接头的应力分布是提高胶接强度的有效方法。
复合材料胶接方式的设计
受拉伸 或压缩 力的斜接形式的应力分布
垂直于胶接面的法 如图 所示 ∀ 由应力分析可知 向应力 Ρν 和平行于胶接面的剪切应力 Σ 分别为
Π Η Ρν β# τ
3
三维整体编织复合材料胶接方式的设计
由于三维编织工艺的特殊性 在选择搭接方式
Σ
Π Η# Π# Η Η β# τ β # τ
式中 β 为板的宽度 Ρ 为圆筒的半径 τ 为板 或圆筒的厚度 ∀
11
三维整体编织成型件的胶接 三维整体编织复合材料制件的胶接与采用其他
分布
受扭矩 Τ 的薄壁圆筒斜搭接胶接头的应力 在纯扭情况下 胶接面上只有剪应力 其正应
增强材料的复合材料胶接一样 与胶粘剂的种类 !连 接方式 !搭接长度 !尺寸配合 !表面粗糙度 !环境条件 等多种元素有关 ∀ 大量的胶接实验表明其强度的离
时 应主要考虑其整体性 保证纤维最大程度的连续 性是工艺设计的关键 ∀ 三维编织复合材料的搭接包 含两方面的内容 其一是对于异常复杂体预制件的 各部件经缝合后成一体 采用 × 非整体性编织 工艺而制成复合材料 其二整体编织成型复合材料 后与其他金属 !非金属复合材料的胶接 ∀ 前者胶粘 剂与基体是一致的 固化制度同一 一次成型 后者 相反 ∀
3 11
式中 τ 为板的厚度 β 为板的宽度 Η 为斜面夹角 ∀
预制件的连接方式及特点 预制件的连接方式及特点见表 ∀ 在混合连接
图2
受拉 压 斜接接头的应力
由于外载荷没有偏心 不存在弯曲力矩 因而沿 在斜面接缝的两端 胶接面上的应力分布是均匀的 稍有一点应力集中 ∀ 从公式 !可知 应力 Ρ !Σ 都随 Η 的减小而减小 故设计斜面时 应使 Η 尽量 这时不仅胶接面上的应力小 而且胶接面积大 小 承载能力增加 ∀ 同时 当 Η β时 剪应力大于拉 对提高胶接强度也有利 ∀ 应力
胶水固化应力分析
一维固化收缩应力的研究中国玻璃钢综合信息网日期: 2005-02-21 阅读: 2713 字体:大中小双击鼠标滚屏1引言由玻璃纤维和不饱和聚醋树脂(UP)组成的复合材料广泛用于各种制品生产，在树脂固化过程中由于树脂的体积收缩会产生残余应力。
从而导致树脂的断裂，而且，树脂收缩可能会降低制品的表面质量。
例如在大型构件成型时，产品容易产生变形和翘曲。
许多学者提出树脂固化收缩与残余应力之间有着密切的联系，但大多是理论上定性的说明，至于二者之间的定量关系研究却很少。
本文利用自制的测试固化应力的仪器，测试研究了在凝胶点后的树脂固化时一维固化收缩应力的产生。
通过低温固化反低轮廓添加剂(LPA)控制收缩进一步测试研究其产生情况，观察了低收缩对固化应力的影响。
通过加人LPA，这些应力可以减小甚至消除。
2实验部分本实验所使用的不饱和聚醋树脂为金陵帝斯曼Palatal P6一88KR;促进剂为北京玻璃钢研究设计院生产的环烷酸钴(含有10%活性钴离子)，加人量为0.5%;引发剂采用阿克苏公司生产的过氧化甲乙酮(含有8.9%活性氧)，加人量为1.5%。
低轮廓添加剂是亚什兰化学试剂公司生产的PVAc类低收缩添加剂LP-4016和PS类SWANCOR 7310添加剂，阻聚剂为氢锟，加人量为0. 2%。
本实验所用的固化应力测试装置是自己设计加工的。
在一个钢模中放置一个细的圆柱形模腔，用以填充树脂。
模腔的下面设计成具有较大的直径(下面的直径比上面的大)，目的是在固化过程中锁住树脂。
模腔的上面放置一个螺杆，其头部伸人到树脂中。
模腔用高效液体脱模剂处理，以在固化初级阶段提供从模具壁上脱离的减聚力。
这种装置的优点是树脂在收缩时仅受到纵向约束，在径向上没有限制。
由于树脂收缩，与测力传感器相连的螺杆受到一个向下的力。
这样可以获得固化过程中树脂纵向拉伸应力与时间的函数。
所选的测力传感器的精度为士o. 4N，考虑到树脂模腔的直径为13mm，所以应力测量的精度要好于土0.02MPa，远小于测量的应力(约2MPa)。
复合材料单搭胶结接头剪切试验及应力分析
５１ Ｏ ６１ Ｏ： ３． Ｏｕ ａｎ ｇｄ ｏｎ ｇ Ｉ ｎ ｄｕ ｓｔ ｒｉ ａｌ Ｒ ｏｂ ｏｔ Ｒｅ ｌｉ ａ ｂｉ ｌ ｉｔ ｙ Ｅ ｎｇｉ ｎｅ ｅ ｒｉ ｎ ｇ Ｌａ ｂｏ ｒａ ｔｏ ｒｙ ， Ｇｕ ａｎ ｇｚ ｈｏ ｕ ５１ ０６１ ０
４ ．Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃ ｅ ｐ ｒ ｅ ｉ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｔ ａ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２ ５ ５ ０ ０ ）
３ ． 广 东省工业机 器人可靠性工程实验室 ，广州 ５ １ ０ ６ １ ０ ４ ． 泰州赛宝 工业 技术 研究院有限公司，泰州 ２ ２ ５ ５ ０ ０ ） 摘要 ：本研究通过单轴拉 伸试验实现复 合材料单搭胶 结结构胶面剪切破坏 测试 ，获得 了结构的极 限剪切 强度，同时利 用解 析法和仿真模拟 方法分析 了胶层 的剪切应力状态 。研 究结果表 明：胶 结件的破坏为胶层 与搭接板 间的脱粘破坏 ， 无胶层 内聚破坏 ；胶层横 断面 中部剪切应 力值最低 ，胶结 区端部产生应力 集中 ，端部应力 最大；胶层存在剪切 应力的 同时，也存在垂直于胶结 面的拉应力 ，其破 坏原 因是剪应 力和值和仿真结果分别为 ８ ． ９ Ｍ Ｐ ａ 、９ ． ５ Ｍ Ｐ ａ 和 ９ ． ２ Ｍ Ｐ ａ ，理论结果和仿真结果的应力变化趋势一致，理论解和
复合材料层合板预紧螺栓连接应力分析
施加 。利用降温模拟螺栓预紧力的方法不受螺栓结
构形式 、分布情况等因素影响 ,适用于所有预紧螺栓
连接 。
4 计算结果分析 411 预紧力对孔边拉应力的影响
由于在层合板受力端只作用了 280 N 的拉力 , 所以模型是在弹性小变形范围内求解的 。只取上板 分析 ,因为模型中上板和下板的应力分布相同 。为 了消除边界的影响 ,文中将受拉端部分去除 ,只取上 板接触部分作应力分析 。图 2 ( a)和图 2 ( b)分别给 出了在 3 kN 预紧力下 45°和 0方向铺层的拉应力云 图 。 ( - 45°方向铺层的应力分布可参照 45°方向铺 层的应力分布 )
会有较大的误差 ,目前较为有效的途径是采用有限 元方法进行数值计算和分析 。
在总结以往螺栓连接模拟方法的前提下 ,笔者 研究了预紧力的施加方法和有限元非线性接触算 法 [ 2 ] ,应用 AN SYS软件 [ 3 ] 对复合材料层合板钛合 金受剪螺栓连接结构建立了全尺寸三维有限元接触 模型 ,并利用降温法模拟螺栓预紧力 ,得到了预紧力 对层合板孔边拉应力和层间应力 [ 6 ]的影响关系 ,为 复合材料层合板的螺栓连接计算提供了方法和参考 依据 。
收稿日期 : 2008 - 07 - 23 基金项目 :国家自然科学基金项目 ( 10477018)和西北工业大学科技
创新基金项目 (W016143)资助 作者简介 :张永杰 (1979 - ) ,博士 ,研究方向为飞行器结构设计与有
限元数值计算方法 , zyj19191 @ nwpu. edu. cn; 孙 秦 (联 系人 ) ,教授 ,博士生导师 , sunqin@ nwpu. edu. cn
+
{
R
e j
}
T
胶接接头动态应力分布的数值分析
内容摘要本文采用数值模拟的方法，以单搭接接头及常见到的QFP电子封装受载胶接接头为主要的研究对象，以优化胶接接头应力分布、提高胶接接头的强度为目标，对在动载荷和温度载荷作用下的上述胶接接头的应力响应及其影响因素进行了研究，得出了如下主要结论：1）在塑性模型的基础上，用APDL高级语言编制循环程序，研究了加载速率对单搭接接头应力分布的影响。
计算结果表明：终止载荷一定时，加载速率对接头应力分布有一定的影响：当加载速率比较大时，SEQV等效应力峰值较小；反之，当加载速率比较小时，SEQV等效应力峰值较大。
实际应用过程中，胶接接头承受不同加载速率载荷的可能性很高，这对了解实际应用中的胶接接头的承载有着重要意义。
2）在弹塑性模型的基础上，首次研究了冲击载荷对胶接接头应力分布的影响。
计算结果表明：加载速率为3m/s至7m/s时，胶层中最高应力所在点的SEQV等效应力从101MPa提高到156MPa，当冲击载荷作用到上部被粘物的一瞬间，胶层中的最大应力即超过了胶粘剂的强度极限，胶层可能被迅速撕裂而导致接头分离；当加载速率为0.3m/s至0.7m/s时，随着速率的增大，胶层中最高应力所在点的SEQV等效应力从20.2MPa提高到55.6MPa，胶层中发生了弹塑性变形，在撞击结束后，胶层中最大应力又快速下降，且发生粘弹性响应；在冲击载荷的作用下，应力波首先从接触点处开始传播，当脱离接触后，应力波向后部传播并迅速减小，即胶粘剂本体的卸载扰动（如弹性作用）产生了反向加载波，与外载波的作用相互抵消。
3）用数值模拟的方法研究了胶层不同程度的吸湿对单搭接接头应力分布的影响，计算结果表明：随着吸湿程度的增大，胶粘剂的屈服强度下降很快；胶层中的应力由胶瘤承载逐渐转变为搭接区中央的胶层承载，胶瘤的作用越来越弱化；在相同承载条件下，随着胶层吸湿程度的增加，接头的承载能力下降。
4）建立了单搭接接头的断裂力学模型，研究了不同裂纹长度对单搭接接头应力分布的影响，计算结果表明：随裂纹长度的增加，裂纹尖端SEQV等效应力逐渐增大，并且裂纹尖端的应力远大于搭接区中央的胶层应力，由此可知高值的裂纹尖端应力为裂纹在胶层中的扩展提供了驱动力；研究了I型和II型断裂因子同初始裂纹长度及外载荷大小的关系，结果表明：随裂纹长度的增加，I型和II型断裂因子呈逐渐增大的趋势；随外载荷的增大，I型和II型断裂因子也呈逐渐增大的趋势。
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复合材料胶接工艺和胶接接头内应力分析
作者：沃西源， 涂彬， 夏英伟， 房海军， Wo Xiyuan， Tu Bin， Xia Yingwei， Fang Haijun 作者单位：北京空间机电研究所,北京,100076
刊名：
航天返回与遥感
英文刊名：SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING
年，卷(期)：2008,29(1)
被引用次数：4次
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