复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析

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1、第46卷第4期2014年8月南京航空航天大学JournalofNanjingUniversityofAeronautics学报{女AstronauticS复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析乔玉周光明刘伟先陶伊凡(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，210016)V01．46No．4Aug．2014摘要：建立了复合材料层合板双阶梯形胶接接头的三维(3D)有限元模型，并进行了拉伸栽荷下的渐进损伤分析(Progressivedamageanalysis，PDA)。采用含正交各向异性损伤的连续介质损伤力学(Continuumdamagem

2、e—chanics，CDM)本构方程对层合板进行描述。采用粘聚区模型(Cohesivezonemodel，CZM)对共胶接界面进行模拟。引入合适的损伤起始和损伤扩展准则，预测了双阶梯形胶接接头的损伤扩展方式和连接效率。进一步讨论了台阶长度、外加铺层搭接长度及厚度对失效模式及连接效率的影响。关键词：复合材料；阶梯形接头；渐进损伤分析；粘聚区模型；连接效率中图分类号：TB332文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)04—0632—06ProgressiveDamageAnalysisforStepped-LapJointsofAdhesi

3、ve-BondedCompositeQiaoYu，ZhouOuangming，LiuWeixian，TaoYifan(StateKeyLaboratoryofMechanicsandControlofMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Athree—dimensional(3D)finiteelementmodelisestablishedfortheprogressivedamageanaly—s

4、is(PDA)ofthedouble—stepped—lapjointsofadhesive—bondedcompositeundertensileloading．Thelaminateismodeledwiththeconstitutiveequationsofcontinuumdamagemechanics(CDM)inanortho—tropicdamage．TheCO—bondinglayerissimulatedbythecohesivezonemodel(CZM)．Appropriatecrite—rionsarechosentopred

5、icttheinitiationandprogressionofthedamage．Thefailuremodesandbondingefficiencyofthedoublestepped—lapjointsarepredicted．Also，theeffectsofvariousparameters，suchassteplength，overlaplengthandthicknessoftheadditionalpliesonthefailuremodesandbondingeffi—ciencyareinvestigated．Keywords：

6、composite；stepped—lapjoints；progressivedamageanalysis；cohesivezonemodel；bondingefficiency目前复合材料结构连接传递载荷主要使用机械连接和胶接两种方式[1]。相对于机械连接，胶接具有零件数目少、结构轻、连接效率高、抗疲劳等突出的优点。平面形胶接连接主要承受面内载荷，连接方式包括：搭接连接、搭接板对接连接、阶梯形连接以及斜面连接等。其中，斜面连接和阶梯形连接方式能够有效地降低剥离应力。与斜面连接相比，阶梯形连接结合面好，具有较好的工艺性，同时通过调整结构参数，可以获得

7、较高的连接效率。国外众多学者已经对阶梯形胶接接头的强度和结构参数进行了理论分析和试验研究。Hart—Smith[21基于连续介质力学分析方法建立了二维(2D)模型，对拉伸载荷作用下斜面和阶梯形连接接头的应力、应变进行了数值分析。Kim[31制作了基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目。收稿日期：2013—10-06；修订日期：2013-11—14通信作者：周光明，男，教授，博士生导师，E—mail：zhougm@nuaa．edu．cn。第4期乔玉，等：复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析633具有不同台阶长度的共固化阶梯形连接试件进行试验，并建立了

8、2D有限元模型，应用蔡一吴张量理论对胶层强度进行了分析，碍到了只有在引入非线性和材料正交各向异性属性的情况下