靳易霖,刘雨生,张世杰,刘家成,姚旭丹,汪万栋
摘要: 为满足先进轻量化胶接结构的完整性需求,本研究基于纵向应变一致准则,设计了可实现纯I型断裂的同质(钛合金-钛合金,Ti-Ti)与异质(碳纤维增强复合材料-钛合金,Carbon Fiber-reinforced Polymer,CFRP-Ti)双悬臂梁(Double Cantilever Beam,DCB)胶接接头,并结合分布式光纤传感(Distributed Optical Fiber Sensing,DOFS)技术与欧拉-伯努利梁理论,应用了一种基于表面应变测定来推导界面牵引-分离关系(Traction-Separation Relationship,TSR)与断裂韧性( )的方法,系统研究了两类接头在I型载荷作用下的断裂行为,阐明了不同被粘物组合条件下对胶接界面的TSR、 以及断裂过程区(Fracture Process Zone,FPZ)的影响机制。研究表明,该方法可有效获取断裂全过程的TSR、断裂韧性、裂纹扩展长度、内聚区尺寸等参数。将测量得到的试验数据输入有限元中进行数值仿真,可以完美复现实验过程。在纯I型载荷下,同质与异质接头的断裂韧性 分别为0.45±0.04 N/mm和0.49±0.08 N/mm,发现其宏观断裂韧性与内聚力本构关系受被粘物材料的影响不显著。然而,异质接头中被粘物的刚度失配显著影响FPZ的力学行为,其表现出更高的峰值牵引力(20±1 MPa)及不同的牵引力分布形态。通过提取界面上的牵引力分布,实现了对裂纹长度与断裂过程区的精确量化,为先进轻质胶接结构的失效分析与性能评估提供了重要的理论依据与数据支撑。