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◈ 有限元应力分析技术计算复合胶接结构的优缺点分析

我们以Khalili(Khalili S M R, Khalili S. Numerical study of lap joints with composite adhesives and composite adherends subjected to in-plane and transverse loads. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2008, 28(8): 411-418)的三维应力有限元模型为例来进行说明,Khalili采用8节点建立实体单元,模拟编织纤维复合材料接头。8个节点中每个节点包含3个自由度, 被胶接件在厚度方向分为 8 层。交接部分网格划分不采用平均划分,而是两端密集,中间稀疏, 一端固支, 另一端从 Z (胶层厚度方向)和 Y(被交接件厚度方向) 两个方向施加载荷进行约束. 假设被胶接件和胶层为线弹性,那么有限元计算结果显示胶层剪切应力和剥离应力最大值发生在胶接段端部附近. 对好几种不同的玻璃纤维增强胶层和纯树脂胶层做了比较后,得到交接接头的应力变化规律,以及剥离应力和剪切应力的变化曲线。

 

这种方法有两个显而易见的优点,一是这种有限元分析方法可以很方便地模拟出接头的各种细节,在计算应力和位移场时得到的数据还是非常准确的;第二是这种方法为模拟胶层和被交接件的塑性行为提供了很大方便。

不足之处在于,此方法对网格要求很高,尤其是搭接端应力剪切应力和剥离应力最大值发生部位,如果网格质量不高,将无法得到计算结果;另外此方法在损伤力学和断裂力学领域几乎无法应用,因此如果涉及到这两方面一般需要另外建立模型。