一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法技术

本发明专利技术公开了一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法，构建胶接接头耦合失效的扩展幂指数断裂模型；由试样制备装置制备带有裂纹的I型断裂模式的胶接试样并进行DCB实验，制备带有裂纹的II型和III型断裂模式的胶接试样并进行ENF实验，获取断裂韧性参数；由试样制备装置制备三种不同斜率的母材A与等厚母材B的I型、II型断裂模式的胶接试样，分别进行DCB和ENF实验，获取幂指数参数；将代入断裂韧性参数和幂指数参数的扩展幂指数断裂模型作为异质胶接接头仿真中胶的本构模型中的断裂模型使用，实现异质胶接接头耦合失效行为的仿真模拟。本发明专利技术能高效表征多材料混合结构胶接接头的耦合失效行为。接接头的耦合失效行为。接接头的耦合失效行为。

【技术实现步骤摘要】
一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法


[0001]本专利技术涉及胶接接头的断裂失效分析，特别涉及一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法。

技术介绍

[0002]《节能与新能源汽车技术路线图2.0》中提出“汽车产业碳排放将于2028年先于国家碳减排承诺提前达峰，2035年碳排放总量较峰值下降20％以上”。汽车轻量化对于实现“双碳”目标具有极其重要的意义。常用的轻量化手段有结构优化、使用先进制造工艺、使用轻质材料等，其中使用新型轻质材料如复合材料、变厚度板等能够最为直接有效的减轻质量。然而，单种材料因其自身局限性通常不能完全应用于整体车身上，为实现零件性能、轻量化和制造成本的有效平衡，考虑多材料混合设计及制造是实现汽车轻量化的重要途经。然而，多材料混合结构的连接工艺是决定其刚度、强度、疲劳耐久性和安全性的主要因素。胶接工艺可实现同种或异种材料的高强度连接，具有应力分布均匀、质量轻、不损伤被粘接物等优点，是未来汽车多材料混合结构连接技术的重要发展方向。
[0003]多材料混合结构胶接接头的连接强度取决于胶接界面所发生的失效模式和胶接的质量。而异质胶接界面的失效模式复杂多样，主要包括胶层内聚失效、母材侧界面失效及其混合失效模式，与加载条件、胶粘剂类型、母材类型和刚度、胶层厚度等因素有关。而汽车在服役过程中，交通事故、外界物体的撞击等可能会威胁到乘员安全。对于汽车多材料混合结构而言，仅靠提升胶接接头的强度并不能进一步提高混合结构抗冲击吸能要求，需要确保其胶接接头具有足够的断裂韧性来保障汽车在碰撞时具备足够的抗冲击吸能能力。
[0004]测试断裂韧性的胶接试样通常不止呈现出一种失效模式，而是多种失效模式的耦合。这使得胶接界面的数值表征较为复杂，胶接接头现有的异质界面失效行为数值表征方法存在如下问题：
①
由于单层内聚力模型的断裂韧性取自标准的DCB(Double Cantilever Beam，双悬臂梁)或ENF(End Notched Flexure，端部缺口弯曲)试验，故通常只能表征胶层内聚破坏的失效模式；
②
多层内聚力单元与胶层壳单元间隔建模的方法可以分别模拟所有可能的失效模式，但不能同时模拟不同失效模式间的耦合行为；
③
基于ACDM的粘接层精细化建模方法可以模拟异质界面失效模式间的耦合，但该方法建模复杂，计算成本高。
[0005]综上，现有的异质胶接接头数值表征方法不能高效的表征其耦合失效行为，对于混合结构胶接接头处耦合失效行为的抗冲击吸能能力和损伤演化缺少相关的研究。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法，考虑不同厚度、母材组合与多破坏模式耦合失效对胶接接头断裂吸能的影响，高效表征多材料混合结构胶接接头的耦合失效行为。
[0007]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0008]一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法：
[0009](1)构建胶接接头耦合失效的扩展幂指数断裂模型：
[0010][0011]其中：G
interAIC
、G
interAIIC
、G
interAIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶与母材A界面失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
interBIC
、G
interBIIC
、G
interBIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶与母材B界面失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
GlueIC
、G
GlueIIC
、G
GlueIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶自身失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
interAI
、G
interAII
、G
interAIII
分别为胶与母材A界面失效的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，G
interBI
、G
interBII
、G
interBIII
分别为胶与母材B界面失效的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，G
GlueI
、G
GlueII
、G
GlueIII
分别为胶自身的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，幂指数α1和β1表示在胶与母材A界面失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响，幂指数α2和β2表示在胶与母材B界面失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响，幂指数α3和β3表示在胶自身失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响；
[0012](2)由DCB试样制备装置和ENF试样制备装置分别制备3组母材A与胶层界面失效的三种断裂模式的同质胶接试样、3组母材B与胶层界面失效的三种断裂模式的同质胶接试样以及3组胶层自身内聚失效的三种断裂模式的母材A和母材B异质胶接试样；制备母材与胶层界面失效的试样时，在母材与胶层之间放置聚四氟乙烯薄膜预制裂纹，引导裂纹扩展从而引发母材与胶层界面失效；制备胶层自身内聚失效的试样时，在胶层中间放置聚四氟乙烯薄膜预制裂纹，引导裂纹扩展从而引发胶层内聚失效；分别对I型断裂模式的三类胶接试样进行DCB实验，处理实验数据，获得G
interAI
、G
interBI
、G
GlueI
；分别对II型断裂模式的三类胶接试进行ENF实验，处理实验数据，获得G
interAII
、G
interAIII
、G
interBII
、G
interBIII
、G
GlueII
、G
GlueIII
；
[0013](3)由DCB试样制备装置和ENF试样制备装置分别制备三种不同斜率的母材A与等厚母材B的I型、II型断裂模式的胶接试样；对三种不同斜率的母材A与等厚母材B的I型断裂模式胶接试样分别进行DCB实验，对三种不同斜率的母材A与等厚母材B的II型断裂模式胶接试样进行ENF实验；由实验数据得到每组实验的力
‑
位移曲线并且求出相应的断裂韧性值，对每组实验工况进行仿真模拟，并通过幂指数的更新迭代将仿真结果曲线所求断裂韧性值与实验获得的断裂韧性值进行误差分析，当RSME小于0.05时满足精度要求，仿真模拟的幂指数即为所求的幂指数参数；
[0014](4)将确定的G
interAI
、G
interBI
、G
GlueI
、G
interAII
、G
interAIII
、G
interBII
、G
interBIII
、G
GlueII...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质胶接接头耦合失效行为的损伤演化表征方法，其特征在于：(1)构建胶接接头耦合失效的扩展幂指数断裂模型：其中：G
interAIC
、G
interAIIC
、G
interAIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶与母材A界面失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
interBIC
、G
interBIIC
、G
interBIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶与母材B界面失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
GlueIC
、G
GlueIIC
、G
GlueIIIC
分别为断裂时刻应力耦合状态下的胶自身失效的I型、II型和III型断裂模式的吸能值，G
interAI
、G
interAII
、G
interAIII
分别为胶与母材A界面失效的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，G
interBI
、G
interBII
、G
interBIII
分别为胶与母材B界面失效的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，G
GlueI
、G
GlueII
、G
GlueIII
分别为胶自身的I型、II型和III型断裂模式单独存在时的吸能值，幂指数α1和β1表示在胶与母材A界面失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响，幂指数α2和β2表示在胶与母材B界面失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响，幂指数α3和β3表示在胶自身失效情况下三种不同断裂模式对其断裂行为的耦合影响；(2)由DCB试样制备装置和ENF试样制备装置分别制备3组母材A与胶层界面失效的三种断裂模式的同质胶接试样、3组母材B与胶层界面失效的三种断裂模式的同质胶接试样以及3组胶层自身内聚失效的三种断裂模式的母材A和母材B异质胶接试样；制备母材与胶层界面失效的试样时，在母材与胶层之间放置聚四氟乙烯薄膜预制裂纹，引导裂纹扩展从而引发母材与胶层界面失效；制备胶层自身内聚失效的试样时，在胶层中间放置聚四氟乙烯薄膜预制裂纹，引导裂纹扩展从而引发胶层内聚失效；分别对I型断裂模式的三类胶接试样进行DCB实验，处理实验数据，获得G
interAI
、G
interBI
、G
GlueI
；分别对II型断裂模式的三类胶接试进行ENF实验，处理实验数据，获得G
interAII
、G
interAIII
、G
interBII
、G
interBIII
、G
GlueII
、G
GlueIII
；(3)由DCB试样制备装置和ENF试样制备装置分别制备三种不同斜率的母材A与等厚母材B的I型、II型断裂模式的胶接试样；对三种不同斜率的母材A与等厚母材B的I型断裂模式胶接试样分别进行DCB实验，对三种不同斜率的母材A与等厚母材B的II型断裂模式胶接试样进行ENF实验；由实验数据得到每组实验的力
‑
位移曲线并且求...

【专利技术属性】
技术研发人员：段利斌，陆德彪，刘星，杜展鹏，徐伟，江浩斌，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：