循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验探究.pdfVIP

2016年第 9期 玻 璃 钢 ／复合 材 料 5 循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验研究 杨 志，卢博远，吕智慧，李志远 (河北大学无损检测研究所，保定 071002) 摘要：复合材料胶接结构损伤变形和演化行为的实时表征对其服役的安全性和可靠性评估具有重要的意义。结合数字 图像相关 (Di~tMImageCorrelation，简称 “DIC”)和声发射 (AcousticEmission，简称 “AE”)技术，研究循环拉伸加载条件下复合 材料单搭接界面的损伤变形与破坏行为。依据单向拉伸失效载荷均值 ，取准静态破坏载荷的70％和80％分别进行循环拉伸加 载实验。通过不同阶段复合材料胶接界面的损伤变形场、应变场信息及演化过程中获取的AE信号，分析循环加载下复合材 料单搭接界面损伤破坏的力学机制与实时变形和AE特征信号的对应关系。结果表明，复合材料单搭接试件损伤破坏的实时 微位移场特征和AE相对能量、撞击累积数及幅度谱等反映 了胶接界面微裂纹的萌生及扩展行为。随应力水平的升高，复合 材料单搭接试件破坏前的循环次数呈递减趋势。 关键词：循环加栽；复合材料胶接头；声发射 ；数字图像相关；损伤演化 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号 ：1003—0999(2016)09—0005—07 纤维增强复合材料比强度和比刚度高，抗疲劳 材料单搭接胶接接头的静态和疲劳实验，验证了数 性能好 ，被广泛应用于航空航天、能源、汽车等领域。 值计算结果的吻合性。MohamedBak等[1利用AE 作为复合材料连接的主要形式之一，胶接技术能够 信号的小波分析方法，对复合材料单搭接接头损伤 有效避免机械钻孑L引起的应力集中、强度降低等情 行为进行了研究，并有效区分了不同的损伤模式。 况，且具有较高的连接效率。受胶接工艺等随机因 另一方面，数字图像相关 (DigtMImageCorrelation， 素影响，胶接接头可能会出现缺胶、脱粘等损伤缺 简称 “DIC”)方法能够利用物体变形前后表面的散 陷，在实际工况条件下，最终导致胶接结构的失效与 斑图像变化来获取位移和变形信息，是一种新兴的 破坏 ¨。J。为此，研究复合材料胶接面变形、损伤演 非接触全场光学无损计量手段 14]。Vijayakumar 化与破坏机制具有重要的现实意义。 等_l采用蒙特卡罗模拟方法对复合材料单搭接接 针对复合材料胶接接头损伤与破坏的研究引起 头进行随机有限元分析，并借助 DIC技术获取不同 了国内外相关学者的普遍关注。Ribeiro等 利用 载荷水平下胶接面剥离和剪切应变信息，发现胶层 有限元数值方法模拟了含缺陷单向碳纤维增强复合 模量和厚度显著影响胶层的最大应力。此外，Zarou． 材料单搭接胶接接头的应力分布。Choudhry等 ] chas等 ¨刮在进行复合材料单搭接胶接试件的拉伸 对编织复合材料单搭接胶接头横向低速冲击性能进 和压缩力学性能测试时，同时采用AE和 DIC技术 行了实验研究，并结合超声c扫描和x射线技术表 实现复合材料胶接面失效和破坏过程的力学表征。 征其宏微观损伤破坏特征。Ji等 基于断裂力学有 可见，综合利用AE与 DIC互补技术，是研究复合材 限元方法，预测了风电叶片复合材料胶接接头损伤 料胶接面变形、损伤演化与破坏机制较为理想的 的起始与扩展行为。梁祖典等 通过T300／QY8911 途径 。 层合板单搭接胶接接头的试验研究和三维有限元数 本文结合DIC和AE无损检测方法，研究复合 值仿真，得到了胶接面在拉伸载荷下的破坏起始和 材料单搭接胶接界面在循环载荷作用下的损伤变形 演化过程。声发射 (AcousticEmission，简称 “AE”) 与