胶层厚度对胶粘剂 I 型断裂韧性影响试验和仿真研究丨JME文章推荐

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同传统结构连接方式相比，胶接技术具有诸多优势，在各个工业领域得到了广泛应用。胶层在胶接结构载荷传递过程中起着关键作用，对其内部裂纹扩展机理的研究就显得尤为重要。采用胶接双悬臂梁试验和内聚力模型数值仿真相结合的方法，研究胶层厚度对胶粘剂I 型断裂韧性的影响规律。

为了克服双悬臂梁试验中裂纹长度精确监测的困难，大连理工大学的韩啸、金勇、杨鹏等开发了基于柔度的梁方法对试验数据进行分析，进而得到I 型断裂韧性数值。引入双线性内聚力模型对胶层裂纹扩展过程进行模拟，通过分析试验与数值模拟得到的载荷-位移曲线、R 曲线和I 型断裂韧性数据，验证了有限元模型的准确性。结果表明，胶层厚度对胶粘剂正应力工况下断裂特性有着显著影响，在所研究胶层厚度范围内，随着厚度增加其I 型断裂韧性先增大后减小，失效模式则由内聚失效转变为混合失效。

双悬臂梁试件加载形式

他们的研究成果《胶层厚度对胶粘剂 I 型断裂韧性影响试验和仿真研究》刊发于《机械工程学报》2018年第10期，感兴趣的朋友可以在屏幕下方的“阅读原文”链接免费下载全文阅读。

本文开展了不同胶层厚度双悬臂梁加载试验，开发了基于柔度的梁方法对试验数据进行分析，发现在所研究胶层厚度范围内，胶粘剂I 型断裂韧性和峰值载荷会随着胶层厚度增加，呈现先上升后下降的变化规律。对DCB 试件断裂界面样貌观测表明，随着胶层厚度增加，失效模式由内聚失效向混合失效转变。采用双线性内聚力模型对裂纹扩展过程进行有限元模拟，通过分析试验和数值仿真得到的载荷-位移曲线、R 曲线和I 型断裂韧性数据，验证了数值模拟的有效性。进一步探究胶层厚度对其I 型断裂韧性影响机理发现，胶层厚度会约束其断裂作用区的形状和尺寸，改变胶粘剂抵抗裂纹萌生能力，进而影响裂纹扩展过程及其I 型断裂特性。

通信作者：韩啸，男，博士，讲师。主要研究方向为轻量化连接结构及其多场耦合老化行为建模和预测。

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