碳纤维增强复合材料层板单搭接胶接接头横向冲击后残余强度的数值与实验研究

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胶接是复合材料结构中的高效连接方法之一，理解胶接接头在冲击过程中的性能对设计更强、更安全的结构至关重要。本文采用有限元分析（FEA）和实验方法研究了碳纤维增强复合材料（CFRP）单搭接胶接接头（SLJ）横向冲击后的残余强度。建立了基于Hashin失效准则和内聚区模型的冲击损伤FEA模型和静拉伸强度FEA模型，采用重启动分析方法将冲击损伤结果传递至静拉伸强度模型。分析了不同冲击能量和搭接长度的CFRP单搭接接头模型。制造了24个层序为[45/0/-45/90]s的SLJ试件，依次进行冲击试验和拉伸强度试验。对于搭接长度为20 mm、冲击能量分别为1 J、2 J和4 J的接头，残余强度最大误差为12.6%，最小误差为6.2%。结果表明冲击后接头拉伸强度显著下降，4 J冲击后SLJ的残余强度为2902 N，而未冲击接头的强度为4088 N。对于搭接长度分别为20 mm、30 mm和40 mm、冲击能量为4 J的接头，FEA与实验的残余强度系数误差均在3%以内。此外，40 mm搭接长度接头的残余强度系数相比20 mm搭接长度增加约10%。研究结果表明所建立的FEA模型能够准确模拟SLJ的冲击和残余强度，具有良好的精度。

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