I型载荷下碳-环氧树脂/铝粘接接头不对称双悬臂梁试验的断裂表征方法比较

《Applied Sciences》：Global and Local Approaches Applied to Mode I Fracture Toughness Measurement of Bi-Material Bonded Joints

　　如今，采用不同材料来优化结构组件的性能是相当普遍的做法。在此背景下，金属与复合材料之间的粘接成为了一种常用策略。然而，由于这些方案固有的刚度不匹配导致粘接层中出现复杂的应力分布，因此合理的设计需要特别谨慎。一个关键方面是在I型载荷下对双材料粘接接头进行断裂表征。因此，在本工作中，针对采用不对称双悬臂梁试验获得碳-环氧树脂/铝粘接接头近乎纯I型断裂的问题，分析了两种不同的方法。第一种方法采用全局方法，匹配试样两臂的弯曲刚度；第二种方法采用基于纵向应变的准则，匹配两个粘接件在粘接线处的纵向应变分布，使其成为一种局部方法。全局方法通过与实验结果对比进行了验证，并与局部方法进行了比较。此外，利用有限元方法和内聚力区模型对多种金属和纤维增强聚合物的组合进行了数值分析，以比较两种方法的结果。在所有案例中，II型载荷始终较低，这表明局部方法和全局方法在所研究的场景下均能准确捕捉到以I型断裂为主导的加载状态。