随着汽车轻量化结构中多种材料的广泛应用,胶接技术因其连接异种材料的特殊优势受到越来越多的关注,特别是碳纤维增强塑料(CFRP)复合材料和金属材料之间的连接。然而,异种材料之间较大的性能差异往往会削弱胶接接头的力学特性,这也是异种材料胶接的关键问题。目前,众多相关学者已经针对胶接接头的力学性能开展了大量的研究,但是异种材料胶接接头的断裂特性与基本力学特征尚未被完全解释清楚;而且汽车在服役过程中,交通事故、冰雹坠落和高空坠物等会对车辆造成一定的冲击损伤。冲击损伤的存在会在一定程度上降低车身的安全性能,特别是在重要的连接位置。因此,对冲击后胶接接头的剩余性能进行评估也十分重要。为进一步探究异种材料胶接接头的断裂特性和冲击后的剩余性能开展了一系列的创新实验,主要内容如下:(1)通过实验研究基板厚度和基板材料类型(如Q235钢、5182铝合金、CFRP)对接头断裂性能的影响,并采用数字图像相关(DIC)技术,对基板表面和胶层进行了应变分布和演化过程的监测,较为直观地研究胶接接头断裂过程。研究结果表明:随着基板厚度的增加,接头强度逐渐增加,而接头强度对基板厚度的敏感程度取决于基板材料类型。基板屈服强度决定了基板发生屈服时的胶接接头强度、断裂过程和失效模式。同种材料胶接的断裂过程和应变演化是对称的,而异种材料胶接接头首先会在基板屈服强度较低的搭接起始端萌生裂纹。(2)通过实验研究对CFRP/Al胶接接头在低速横向冲击下的损伤失效机理,并进一步探究了冲击面和冲击能量对胶接接头剩余性能的影响。研究结果表明:横向冲击载荷下的CFRP/Al胶接接头,CFRP基板作为冲击面可以降低横向冲击所造成的损伤,从而更好地保持胶接接头的完整性,进而降低接头强度损失。横向冲击载荷下,胶接接头的剩余强度是冲击所造成的损伤和机械互锁的增益效果两种因素之间竞争均衡的结果。整体来看,胶接接头的失效强度和失效位移随冲击能量的增加而减小,但当铝基板作为冲击面时,在10J冲击能量下,胶接强度和失效位移有所提高。(3)通过实验研究了CFRP/Al单搭接胶接接头横向冲击后在不同应变率下动态剩余性能,实验拉伸速率分别设置为0m/s、0.1m/s、2.5m/s、5m/s。研究结果表明:CFRP/Al胶接接头具有明显的应变率效应,接头强度随应变率的增大呈上升趋势。而且,随着应变速率的增加,胶接接头的失效模式逐渐由界面失效和内聚失效转变为内聚失效和纤维撕裂失效模式。最后双向方差分析(ANOVA)结果表明,轴向拉伸速率和横向冲击是影响胶接接头剩余性能的两个主要因素,但交互作用并不明显。(4)通过实验研究了CFRP/Al单搭接胶接接头横向冲击后在疲劳载荷下的剩余性能。研究结果表明:随着冲击能量的增加,胶接接头的疲劳寿命逐渐降低,但冲击能量在20J的胶接接头疲劳寿命高于冲击能量在10J的胶接接头。胶接接头的疲劳变形和刚度退化随着疲劳循环次数的增加而增大。随着冲击能量的增加,胶接接头疲劳变形速率和刚度退化速率明显增大。CFRP/Al胶接接头在不同疲劳载荷水平的失效模式均为混合失效,其中界面失效为主要失效模式。因此,提高胶接接头的疲劳寿命可以采用改善基板表面性质的方法,从而提高基板和胶粘剂的界面结合强度。