近年來，粘接這一連接方式因其優(you) 勢得到廣泛應用，其耐久性也隨之受到關(guan) 注。粘接接頭的疲勞性能將同時受到載荷工況與(yu) 環境工況等因素的影響，疲勞失效機製十分複雜。為(wei) 此，波爾圖大學Fernando Castro Sousa等學者基於(yu) 試驗和模擬方法，對單搭接接頭（SLJ）在不同環境條件下的疲勞強度與(yu) 失效模式進行了研究，為(wei) 粘接接頭失效模式轉變及其對環境的依賴性提供了有價(jia) 值的見解。
本文分別進行了室溫（RC）、50°C（HT）和濕熱（HAC）條件下的靜態與(yu) 疲勞試驗與(yu) 數值模擬研究。靜態加載的典型力-位移曲線如圖1所示，高溫和濕熱條件下SLJ的失效載荷都有所下降。高溫條件下粘接劑剛度降低，如圖2所示，應力集中現象減弱，因此失效載荷降低的同時表現出較大的失效位移。濕熱條件下SLJ的失效位移則有所減小，這可能與(yu) 水進入粘接界麵使粘接界麵強度降低有關(guan) 。
圖1 不同環境條件下力-位移曲線
圖2 在室溫與(yu) 高溫條件下單搭接接頭中粘接劑的主應力分布
疲勞試驗得到的力-疲勞壽命曲線如圖3所示，最大載荷Fmax與(yu) 疲勞壽命N滿足冪率關(guan) 係，當疲勞載荷較高時，NRC>NHAC>NHT，與(yu) 靜態接頭強度大小順序一致。對於(yu) 較低的疲勞載荷，高溫條件下接頭強度降低的同時應力集中現象不明顯且抗裂紋缺陷性較強；而對於(yu) 濕熱條件下的SLJ，由於(yu) 試驗時間過長，接頭濕度降低，因此不同環境條件下的SLJ的疲勞壽命接近。
圖3 不同環境條件下載荷-疲勞壽命曲線
不同環境條件下的典型斷裂麵如圖4和圖5所示，室溫與(yu) 高溫條件下SLJ在靜態與(yu) 疲勞試驗中存在內(nei) 聚破壞到混合破壞的失效模式轉變；而濕熱條件下則都表現為(wei) 混合破壞模式，這與(yu) 濕熱條件下界麵強度降低有關(guan) ，靜態實驗中脫粘位置位於(yu) 接頭兩(liang) 側(ce) 。進一步使用軟件處理不同載荷水平下SLJ的斷裂麵圖片，脫粘麵積隨疲勞載荷的增加而減小，如圖6所示。有限元模擬給出不同載荷水平下SLJ中粘接劑的應力分布結果，如圖7所示。較低載荷水平下，應力分布範圍較小，疲勞損傷(shang) 集中於(yu) 粘接前緣粘接劑與(yu) 粘接界麵，裂紋趨於(yu) 沿粘接界麵擴展，界麵脫粘麵積占總粘接麵積比例增加。
圖4 RC下靜態和疲勞載荷下單搭接接頭的典型斷裂麵
圖5 HT和HAC下靜態和疲勞載荷下單搭接接頭的典型斷裂麵
圖6 SLJ斷裂麵的界麵失效麵積占比隨疲勞載荷的變化
圖7 不同載荷水平下單搭接接頭中粘接劑的主應力分布
綜上所述，溫度和濕度都會(hui) 降低接頭的疲勞壽命。疲勞工況下失效模式將從(cong) 內(nei) 聚破壞轉變為(wei) 內(nei) 聚-界麵混合破壞，隨著載荷水平的降低，脫粘麵積增加。這一研究重點討論了混合失效模式下脫粘麵積占比隨疲勞載荷的變化，並基於(yu) 有限元模擬分析了這一現象的物理機理，對改進接頭設計並提高不同環境條件下的接頭的抗疲勞性能有重要意義(yi) 。
相關(guan) 論文以“Experimental study on the influence of environmental conditions on the fatigue behaviour of adhesive joints"為(wei) 題發表在《International Journal of Fatigue》。
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