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1 导读 胶接接头由于其密度小、具有均匀分布载荷的能力、多材料连接的潜力以及增加了设计灵活性，被广泛应用于汽车和航空航天工业，通常多采用热固性胶（因其优异的力学性能）。然而，随着设计和成型技术的进步，低成本和快速制造的潜力，以及最重要的提高比刚度和强度，高性能热塑性塑料正日益成为结构胶应用的一个有吸引力的选择。大多数热固性胶在室温或接近室温下固化，然而热塑性塑料却需要更高的加工温度，这就导致形成大于热固性粘结产生的残余应力。这些残余应力对胶接接头的结构完整性造成了严重影响，由于疲劳、蠕变、磨损、断裂、屈曲和应力腐蚀开裂，可能导致接头过早失效。在任何胶接结构中，残余应力来源可分为三种类型： （1）机械载荷去除或改变时产生的； （2）由粘合剂收缩引起的； （3）在制造过程中冷却/加热时通过不同热膨胀产生的。 在搭接接头的组成成分之间可能有三个潜在的膨胀/收缩来源，这些包括： （1）由于双材料接头成分的不同热和力学性能而产生的热残余应力； （2）取决于环境中的含水量和粘合剂吸收能力的吸湿残余应力； （3）固化诱导过程中产生的残余应力。 从设计的角度来看，没有办法定量区分热应力和固化残余应力，但是评估它们对粘结接头内部整体应力/应变分布的耦合影响是至关重要的。由于其加工温度高，热塑性塑料中的残余应力更加明显，对其对接头结构完整性的影响更加显著。 近日，密歇根州立大学的Syed Fahad Hassan（第一作者），Mahmoodul Haq（通讯作者）及其团队，在《Composites Part B》上发表了题为“A hybrid experimental and numerical technique for evaluating residual strains/stresses in bonded lap joints”的文章，在该研究中，不涉及机械载荷，因此研究仅集中于粘合剂膨胀/收缩产生的残余应力及粘合剂之间的界面，这将通过一种新的实验技术结合数值建模来实现。该研究开发并成功地演示了一种方法，在实验中通过使用光纤传感器测量应变和温度，用于校准每个冷却速率下的有限元模型，然后利用这些有限元模型来预测大体积粘合剂中的残余应变和应力。 2 内容简介 图 1 研究方法概述 图 2 搭接接头自由收缩和限制收缩示意图 图 3 冷却时，热塑性粘合剂中产生的热梯度 图 4 搭接接头示意图及光纤传感器布置 图 5 沿光纤传感器的温度分布 图 6 快速冷却情况下实验和有限元中时间-温度分布的比较 图 7 快速冷却情况下的实验应变分布和有限元时间应变分布的比较 图 8 残留应变和应力的路径定义 图 9 沿路径1a和1b光纤的总有限元应变 图 10 通过有限元分析在所有冷却速率下的粘合剂中的残余应力分布 3 小结 有限元模型表明，沿光纤传感器的应变与重叠区域中心的ABS粘合剂周围的实际应变非常接近。该实验技术经过适当的后处理，可以对固化/加工过程中大块粘合剂中诱导的残余应变进行可靠的模拟近似。有限元研究得出的一个关键结论是，对于所有冷却速率情况下，整体ABS粘合剂内产生的von-Mises残余应力在其拉伸强度的65-80%之间，这表明了加工诱导产生的残余应力的重要性及其对搭接接头等关键部件强度的影响。该研究中使用的混合有限元实验方法可以扩展到其他几何和材料构型。 原始文献：Syed Fahad Hassan , Saratchandra Kundurthi , Suhail Hyder Vattathurvalappil，et al.A hybrid experimental and numerical technique for evaluating residual strains/stresses in bonded lap joints[J].Composites Part B，2021，225：109216. 稿件整理：caixf95 （感谢投稿）  【前沿追踪征稿】助力论文阅读量和引用量的提升 【投稿方式】：有意投稿者请将原始文献发送至管理员（jm19961996微信或zhang5931956，请备注“前沿追踪投稿”）审核，审核通过后可开展稿件整理工作。 【稿费领取】：稿件发布后联系管理员（微信jm19961996）领取稿费，稿费细则见上述征稿启事。 |
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