基于声发射监测与传热建模揭示电阻焊接热塑性复合材料接头的损伤机理及其性能优化意义

本研究针对热塑性复合材料（TPCs）电阻焊接（RW）接头损伤机制不明确的问题，通过声发射（AE）监测与传热建模相结合的方法，揭示了CF/PPS接头以基体开裂和加热元件（HE）变形为主导的内聚损伤机制，并发现低温区域与界面脱粘密切相关。研究强调了三维传热模型及温度依赖参数的重要性，为优化焊接工艺和提升接头性能提供了关键理论依据。

　　

电阻焊接（Resistance Welding, RW）作为一种新兴的热塑性复合材料（Thermoplastic Composites, TPCs）连接技术，其接头损伤机制的深入解析是性能评估与工艺优化的基础。为了突破传统断口观察的局限，本研究采用声发射（Acoustic Emission, AE）技术追踪了碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）接头的损伤演化过程，并结合瞬态传热模型揭示了焊接区域温度分布对损伤模式的关键影响。通过考虑电学输入参数、模型维度（二维与三维）以及材料参数的温度依赖性，显著提升了模型的准确性，并得到组件实验的验证。研究结果表明：AE分析能够识别出超越混合断裂的内聚主导损伤机制，具体表现为持续的基体开裂和加热元件（Heating Element, HE）塑性变形；同时，有害的界面失效（PPS薄膜与CF/PPS基体间的脱粘）仅影响初始加载阶段，且其发生位置与传热模型预测的低温区域高度吻合。这凸显了温度分布在阐释损伤机制中的核心作用，但需谨慎选择建模方法——三维模型较二维模型更具可靠性。此外，加热元件电阻的温度依赖性和电学输入计算被确定为影响模型精度的关键因素。本研究为深入理解电阻焊接热塑性复合材料接头的损伤机理提供了新视角，并为合理的传热建模提出了重要建议。