胶接工艺中,胶接接头的设计是一重要的环节。胶接接头中应力应变分布的具体情况取决于被粘物的几何尺寸、搭接长度以及胶层厚度等因素。研究这些因素对胶接接头中应力分布的影响规律,对于选择材料,优化接头设计都有重要意义。而复合材料界面结合状况是影响复合材料性能的重要因素,复合材料界面发生脱胶,将影响复合材料力学性能的传递,造成应力集中,界面脱胶处成为裂纹发生源,发生裂纹萌生和失稳扩展等现象,最终导致整个材料的断裂破坏。复合材料的设计思想,以及界面工程中的很多指导思想,均人为地利用了界面对断裂行为的影响。有人称界面是复合材料“心脏”,界面行为对复合材料性能,尤其是断裂、损伤以及疲劳性能等至关重要。 针对以上问题,本文通过ABAQUS数值模拟和实验的方法研究了含有界面裂纹的有机玻璃胶接件裂纹扩展的方向以及裂纹尖端周围应力应变的分布情况。本文研究的工作主要有一下几点: (1) 总结胶接接头的受力型式和破坏型式,介绍胶接概念以及胶接机理,结合胶接的工艺过程把胶接接头的形式、胶接组合件的选择以及影响胶接接头的因素作了探讨。 (2) 介绍了ABAQUS软件帮助中关于断裂准则的部分,以供参考,通过介绍可以看出在ABAQUS里的三个断裂准则(应力失效准则、裂纹张开位移失效准则和裂纹长度与时间失效准则),可以较好地模拟裂纹的扩展路径问题,但此路径却是预先设定的,这与实际裂纹扩展路径存在一定的差距。 (3) 以ABAOUS软件为工具对胶接界面裂纹进行了数值分析,求出的应力应变值,然后通过应变能密度因子进行分析,得到在初始界面裂纹的长度、裂纹平行于界面的距离、胶层厚度以及胶接试件基体不对称性,各因素分别发生变化时,裂纹扩展基本沿界面进行。 (4) 运用实验的方法阐述了胶接工艺的一般过程,并自行设计了实验所需的加载装置,借助CCD摄像技术采集了含有界面裂纹的有机玻璃胶接件的裂纹起裂时的图片,并对图片进行了分析说明。