[发明专利]一种对接、剪切粘结接头失效强度预测函数优化方法

说明书

本发明公开一种对接、剪切粘结接头失效强度预测函数优化方法制作CFRP/铝合金对接、剪切粘结接头；将所述离散数据点拟合成粘结接头老化后失效强度随老化时间变化规律曲线；获得各个官能团平均吸光度随老化时间的变化规律曲线；通过相关性分析筛选出特征官能团；最后得到耦合工况老化后单一应力状态下的基于多个特征官能团权重组合后的对接、剪切粘结接头失效强度预测函数。本发明还公开了一种对接、剪切粘结接头的法向和切向方向的退化因子函数的计算方法。本发明还公开了一种对接、剪切粘结接头失效老化三十天后的二次应力失效准则的计算方法。

技术领域

本发明涉及车身异种材料连接结构设计领域，发明了一种对接、剪切粘 结接头失效强度预测函数优化方法。

背景技术

近年来，随着汽车产业规模的不断扩大，其所带来的能源消耗和环境污染 等问题日益严重。而通过多材料混合使用实现汽车轻量化是解决当前所面临 问题的有效途径之一。CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)、铝合金、镁 合金以及高强度钢等材料凭借其良好的轻量化效果，在汽车工业中的应用日 益广泛。实现不同材料之间的有效连接是多材料汽车结构设计中的关键技术 之一。

目前大多数研究建立了单独正应力、剪应力状态下的基于胶粘剂化学特性 的粘结接头失效强度预测方法。但关于复杂应力状态下的薄胶层粘结接头和 其他粘结结构的失效强度预测目前仍旧缺乏行之有效的方法。而在实际服役 工况下，薄胶层粘结结构通常受到拉伸和剪切应力混合的复杂应力状态作用， 不同的应力状态往往会影响结构的力学响应，导致结构呈现不同的性能，所 以提出一种复杂应力状态下的薄胶层粘结结构失效准则确定具有重要意义。

目前粘结结构的失效强度预测较少涉及老化影响，但胶粘剂及复合材料具 有温度敏感性，环境温度的变化会影响其力学性能。同时长期湿热环境可能 导致粘结接头老化。除了外部环境影响外，车用粘结接头在服役过程中受到 交变载荷的作用，很容易发生疲劳失效。而且在载荷持续作用下，粘结接头 性能会出现一定程度的退化。因此，研究温度、湿度及交变载荷耦合老化作 用对复合材料粘结接头性能的影响，提供有效的老化后粘结接头失效准则确 定，具有十分重要的意义。

目前针对胶层较薄的胶粘接头的强度预测普遍的做法是采用内聚力模型， 内聚力模型广泛应用于胶粘接头开裂等问题。但是该方法在工程使用中存在 其局限性，例如，在内聚力模型中用内聚力单元仿真胶层单元，内聚力单元 完全失效裂纹扩展的判据是单元的断裂能或者位移是否达到临界值。单元进 入损伤阶段后，再根据断裂能控制单元的损伤程度也即单元的承载能力。但 目前断裂能的测量方法还不统一，准确测试难度大，相关测量标准在理论分 析上也不够严谨。断裂能是一个宏观的能量，通过测试获得胶层的断裂能， 是裂纹及裂纹四周材料的能量之和，用断裂能对裂纹进行描述并不准确，所 以提出一种适用于评价工程上的粘结结构失效准则确定方法具有重要意义。

发明内容

本发明设计开发了一种对接、剪切粘结接头失效强度预测函数优化方法。

本发明另一个发明目的是提供一种对接、剪切粘结接头的法向和切向方 向的退化因子函数的计算方法。

本发明另一个发明目是提供一种对接、剪切粘结接头失效老化三十天后 的二次应力失效准则的计算方法。

一种对接、剪切粘结接头失效强度预测函数优化方法，

步骤1：制作CFRP/铝合金对接、剪切粘结接头；

步骤2：每间隔不同周期，对加速老化后的对接、剪切粘结接头分别进 行力学性能测试，记录不同老化周期所对应的粘结接头失效强度随老化时间 的离散数据，将所述离散数据点拟合成粘结接头老化后失效强度随老化时间 变化规律曲线；

步骤3：取与力学性能测试相对应的加速老化周期的粘结接头的胶粘剂 样本进行FTIR测试；提取FTIR测试获得的特征官能团吸光度，从而获得各 个官能团平均吸光度随老化时间的变化规律曲线；