CFRP平-折-平连接接头试验研究与数值模拟

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)平-折-平(FJF)连接接头强度和失效问题进行了试验研究和数值模拟。基于商用有限元软件ABAQUS,建立了FJF连接接头强度预测模型,通过与试验结果进行对比,探究了此类接头在拉伸载荷工况下的失效形式和承载能力,同时分析了搭接长度对接头强度和失效模式的影响。结果表明,利用模型预测的接头承载能力与试验结果的误差均小于3.5%,具有较好的精度。不同搭接长度下,FJF混合连接接头相较于胶接连接接头和机械连接接头强度均有提升。接头的强度随着搭接长度的增大而增大,搭接长度增大到一定程度后趋于平缓。搭接长度较小时,FJF混合连接接头失效表现为胶层沿搭接区的断裂和孔边挤压失效;搭接长度较大时,失效模式转变为层合板孔边拉伸断裂和胶层扩展至孔边的断裂。

CFRP平-折-平胶接接头应力模型

以碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料平-折-平(FJF)胶接连接接头为对象,构造了圆弧段胶接梁单元,建立用于FJF胶接接头胶层应力分析的半解析模型,并与三维有限元模型胶层应力结果进行对比.同时分析了胶层宽度和厚度对胶层应力的影响.结果表明,利用半解析模型计算得出的胶层剥离应力和剪切应力分布与三维有限元模型获得的对应应力分布基本一致,搭接区端部胶层剥离应力和剪切应力相较于三维有限元模型计算结果的误差绝对值分别为5.4%和3.7%,有着较好的计算精度.搭接区端部胶层剥离应力和剪切应力值在胶层宽度一定时随胶层厚度的增加而降低,在胶层厚度一定时随胶层宽度的增加而降低.搭接区圆角胶层剥离应力和剪切应力值在胶层厚度一定时随胶层宽度的增加而降低,在胶层宽度一定时随胶层厚度的增加而增加.该模型能够为碳纤维增强复合材料平-折-平胶接连接接头的应力分析提供一定的参考.

胶层厚度对碳纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料平-折-平混合连接接头力学性能的影响

以碳纤维/双马来酰亚胺(BMI)树脂复合材料平-折-平(FJF)连接接头为对象,通过试验对比分析了特定胶层厚度下碳纤维/BMI树脂复合材料FJF连接接头的静强度和疲劳性能,并探究了胶层厚度对碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头力学性能的影响。利用背面应变技术对碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头搭接区端部胶层开裂进行监测。利用有限元软件ABAQUS对不同胶层厚度下碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头搭接区胶层应力分布进行了分析。结果表明,碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头的平均拉伸极限载荷、搭接区端部胶层开裂平均循环次数和平均疲劳寿命均随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围内增加而增大。不同胶层厚度的碳纤维/BMI树脂复合材料FJF混合接头均经历相同的失效阶段,即搭接区胶层端部开裂,胶层沿搭接区断裂扩展,最终靠近加载端孔边拉伸断裂,呈±45°断口。随着胶层厚度在0.1~0.3 mm范围的增加,搭接区端部胶层剥离应力、剪切应力及孔边胶层压缩应力均减小。在胶层厚度为0.1~0.3 mm范围内,剪应力是胶层破坏的控制因素。