對碳/玻璃纖維混編纖維增強復合材料（FRP）和金屬的粘接接頭、鉚接接頭及粘鉚混合連接接頭的力學性能進行了系統(tǒng)的仿真和試驗研究。分別使用內(nèi)聚區(qū)損傷模型、金屬失效準則和Hashin失效準則有效地模擬試驗中膠層的脫粘失效、鉚釘?shù)臄嗔押虵RP板的損傷。結(jié)合3種失效準則建立粘鉚混合連接的有限元模型,并對其混合連接接頭的拉伸力學性能進行預測。結(jié)果表明有限元模型準確地預測了混合連接試驗的最大載荷、失效位移、失效形式和復雜失效過程的各個階段�；炀嶧RP在有膠層的接頭的失效模式上表現(xiàn)出了特殊性,作為編織紗的玻璃纖維被撕脫。此外,基于以上模型研究了膠層厚度對混合連接接頭力學性能的影響規(guī)律。隨著膠層厚度增加,接頭的最大載荷先增大后減小,FRP板鉚釘孔周圍的失效范圍逐漸增大。 

【文章來源】：重慶大學學報. 2020,43(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

混合編織纖維

有限元模擬過程中,膠層與連接件之間的內(nèi)聚單元失效從而導致結(jié)構(gòu)失效,鋼板發(fā)生輕微塑性變形,如圖3(e)所示。在膠層和連接件的連接界面中,同時存在法向的剝離應力和切向的剪切應力。因此內(nèi)聚單元的失效是剝離和剪切混合的失效模式。試驗和仿真失效形式一致。試驗和有限元模擬的力位移曲線對比如圖4所示,A1～A5分別為5條試驗曲線。試驗的力位移曲線存在一定的分散性,主要是由膠層厚度和搭接面積的誤差造成的。粘接接頭的承載能力隨著搭接面積增大而增大,隨著膠層厚度減小而增大[32]。A1、A2、A4、A5面積誤差差別不大的情況下,A1、A5膠層厚度較薄,導致極限載荷偏高。A3搭接面積偏大,但是膠層厚度也偏厚,兩個因素的影響相互抵消,導致極限載荷沒有太大的不同。雖然試驗曲線具有一定的分散性,但基本能夠代表粘接的失效特性。試驗極限載荷平均值為2 669 N,計算結(jié)果極限載荷為2 716 N,誤差為1.7%,極限載荷吻合度較高,且試驗和計算載荷的變化趨勢一致。粘接結(jié)構(gòu)的仿真和試驗在失效形式和極限載荷方面均吻合較好,此有限元模型可以用于預測粘接結(jié)構(gòu)的力學性能。3.2 鉚接模型驗證

復合材料為二維三軸纖維增強樹脂基復合材料,增強體由碳纖維和玻璃纖維混合編織而成,編織示意圖如圖1所示。軸向紗為碳纖維,體積分數(shù)為29.7%;編織紗為玻璃纖維,編織角度為±α,±α方向玻璃纖維體積分數(shù)分別為4.65%,基體體積分數(shù)為61%。復合材料的彈性參數(shù)和強度參數(shù)會受到編織角α的影響[26-27],本研究中的編織角α為±45°。在復合材料和鋼板的單搭接結(jié)構(gòu)中,粘接劑的材料為BETAFORCE 9050S、鉚釘材料為鋁合金(Al Mg 3.5)。使用的試驗件由北汽集團新技術(shù)研究院提供。粘接、鉚接和混合連接結(jié)構(gòu)的示意圖和幾何尺寸如圖2所示,搭接面積和膠層厚度的誤差如表1所示。表1 試件搭接區(qū)域面積和膠層厚度誤差Table 1 The relative error of overlap area and adhesive thickness of samples % 序號 粘接接頭 鉚接接頭 混合接頭 搭接面積 膠層厚度 搭接面積 膠層厚度 搭接面積 膠層厚度 1 -0.13 -2.68 -0.22 3.46 -14.77 2 -1.75 4.62 0.40 -2.43 0.69 3 5.39 9.49 0.54 2.39 4.17 4 -1.75 3.41 -0.08 3.53 9.95 5 -1.75 -14.84 -0.64 -6.96 9.95

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳纖維/玻璃纖維混編編織復合材料頂蓋中橫梁三點彎強度分析[J]. 楊濟世,栗娜,孫東陽,段瑛濤,胡寧,寧慧銘,葉偉,吳劍.  重慶大學學報. 2019(02)
[2]三維編織復合材料與金屬膠接結(jié)構(gòu)的力學性能及優(yōu)化[J]. 鄧雅瓊,陳洋,栗娜,段瑛濤,敬敏,寧慧銘,胡寧.  復合材料學報. 2018(10)



本文編號：3293345