FRP加固钢梁胶层界面的断裂力学分析

疲劳试验研究表明,FRP加固钢梁可以大大改善钢结构的疲劳寿命,但FRP端部胶层界面容易发生脱胶,影响加固效果。采用断裂力学分析方法,应用分析模型、简化分析模型和有限元方法得到胶层界面裂纹扩展过程的能量释放率G,提出避免FRP端部发生胶层界面破坏的措施。

单搭接接头胶层中的温度应变研究

通过应变仪测定了由钢制单搭接胶接接头上的胶层于室温下固化时产生的收缩应变和固化结束后因环境温度波动所引起的纵横向应变。结果表明,在试验条件下,最初12h时间内测得搭接部胶层内的纵横向应变为收缩应变,随后在大约3℃的环境温差作用下呈以24h为周期的变化,纵向应变高于横向应变。对结构钢-胶层界面上的内应力形成过程作了初步分析,指出胶层中存在的交变应力可能是导致老化和金属-胶层界面结合的早期破坏的主要原因之一。

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。

复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化

胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。