1、樹脂基復合材料膠接性能評價規范復合材料/金屬第1部分：總則1范圍本標準規定了汽車用樹脂基復合材料與金屬膠接性能評價的試驗原理、試樣、試驗裝 置、試驗條件、試驗步驟和試驗數據處理方法。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件， 僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 2943 2008膠粘劑術語GB/T 3961 2009纖維增強塑料術語GB/T 1446 2005纖維增強塑料性能試驗方法總則GJB 5304 2004軍用復合材料術語GJB 3383-1998膠接耐久性試驗方法HB 7618 -20

2、13聚合物基復合材料力學性能數據表達準則ISO 19095-1-2015塑料類一塑料/金屬組合體界面粘附性能評價標準第1部分 指南JB/T 9397 201我壓疲勞試驗機技術條件GB/T 10592 2008高低溫試驗箱技術條件GB/T 10586 -2006濕熱試驗箱技術條件GB/T 10587 -2006鹽霧試驗箱技術條件復合材料/金屬 第2部分:復合材料/金屬 第2部分:復合材料/金屬 第3部分:復合材料/金屬 第4部分:T/CSAE XX-3 -201X聚合物基復合材料膠接性能評價規范 試驗方法T/CSAE XX-4 -201X聚合物基復合材料膠接性能評價規范 耐久性試驗3術語和定義G

3、B/T 2943 2008 GJB 5304 2004 HB 7618 201沖口T/CSAE XX-1 201X （聚合物 基復合材料膠接性能評價規范復合材料/復合材料 第1部分：總則）界定的以及下列術語和定義適用于本文件。復合材料 composites由兩個或兩個以上獨立的理想相，包含粘結材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體材料。GB/T 3961 2009 定義 3.1.11 條1熱固性復合材料 thermosetting composites以熱固性樹脂為基體的復合材料。GB/T 3961 2009 定義 3.1.35條熱塑性復合材料 thermoplastic comp

4、osites以熱塑性樹脂為基體的復合材料。GB/T 3961 2009 定義 3.1.36條聚合物基復合材料polymer matrix composites以聚合物為基體的復合材料，分為熱固性樹脂基復合材料和熱塑性樹脂基復合材料。纖維復合材料 fiber reinforced composites以纖維或其制品為增強材料的復合材料。GJB 5304 2004 定義 3.1.2 條膠接 I 型斷裂韌性 Gic mode I fracture toughness G ic of adhesive joints使用端部預制裂紋的雙懸臂梁膠接試樣，測得的張開型（ I型）裂紋沿試樣縱向起始擴 展的臨界

5、能量釋放率。T/CSAE XX-1 201X,定義 3.6條膠接 II 型斷裂韌性 Giic mode II fracture toughness G iic of adhesive joints使用端部預制裂紋的彎曲梁膠接試樣，測得的滑開型（II型）裂紋沿試樣縱向起始擴展的臨界能量釋放率。T/CSAE XX-1 201X,定義 3.7條膠接耐久性性 durability of adhesive bonding膠接件在規定使用條件下、規定使用期內，長期保持性能的能力。T/CSAE XX-1 201X,定義 3.8條飽和水汽壓 saturation vapour pressure在恒定溫度條件下

6、，當給定體積空氣中的水分不能再增加時的水汽壓。T/CSAE XX-1 201X,定義 3.9條水汽分壓力 partial vapour pressure在恒定溫度條件下，在給定的體積空氣中，大氣壓力中的水汽壓力部分。T/CSAE XX-1 -201X,定義 3.10條相對濕度（RH） relative humidity在恒定溫度條件下，在給定的體積空氣中，水汽分壓力與飽和水汽壓力的比率，用百分數表示。T/CSAE XX-1 -201X,定義 3.11 條實際濕度 achieved humidity穩定后，試驗箱工作空間內任意點的濕度。T/CSAE XX-1 -201X,定義 3.12條4原理拉

7、伸剪切試驗聚合物基復合材料膠接單搭接試樣的拉伸剪切試驗是在平行于粘接面且在試樣主軸方 向上施加一拉伸載荷，測出復合材料單搭接粘接處的剪切強度。十字拉伸試驗聚合物基復合材料十字膠接試樣的拉伸試驗是在垂直于粘接面的方向上施加一拉伸載荷，測出復合材料粘接處的法向拉伸強度。I型開裂試驗聚合物基復合材料雙懸臂梁(Double Cantilever Beam, DCB )膠接試樣的I型開裂試驗是在預制裂紋的端部，垂直于粘接面的方向上，施加一拉伸載荷，使裂紋沿著膠層勻速擴展， 測出復合材料粘接處的張開型(I型)的斷裂韌性和峰值載荷。II型開裂試驗聚合物基復合材料彎曲梁(End-Notched Flexure

8、, ENF)膠接試樣的II型開裂試驗是采用 三點彎曲試驗方式， 在試樣的中部，垂直于粘接面的方向上， 施加一壓縮載荷，使裂紋沿著 膠層勻速擴展，測出復合材料粘接處的滑開型( II型)的斷裂韌性和峰值載荷。剝離試驗聚合物基復合材料彎曲膠接試樣的彎曲試驗是采用三點彎曲試驗方式，在試樣的中部， 垂直于粘接面的方向上，施加一壓縮載荷，測出復合材料彎曲膠接試樣的彎曲強度和彎曲模量。耐久性試驗聚合物基復合材料膠接試樣的耐久性試驗是測試其在使用條件下長期保持性能的能力， 主要包括環境耐久性試驗和疲勞試驗。復合材料膠接接頭環境耐久性試驗主要測試其在光 照、溫度、水分、濕熱、鹽霧等環境影響下的力學性能變化。復合

9、材料膠接接頭疲勞試驗主 要測試其在重復受到載荷作用下的疲勞強度。5試驗設備微機控制電子萬能試驗機試驗機應該滿足試驗要求，并在整個試驗過程中保持恒定的加載速率，試驗機載荷誤差不應超過土 1%。試驗機應配置一副可自動調心的夾具。加載拉伸載荷時，夾具及其附件與 試樣無相對移動，保證試樣長軸與施力方向一致，并與夾具中心線保持一致。試驗機使用噸位的選擇應參照該機的說明書。試驗機定期經具有相應資格的計量部門進行校準。注：應避免夾具與膠接試樣由螺栓固定產生附加的應力集中。疲勞試驗機試驗機機架應具有足夠的剛度和試驗空間，便于裝卸試樣、試樣夾具、附具以及試驗機附件和標準測力儀。試驗機應能夠產生正弦循環力，施加和

10、卸載力的過程中應平穩，無沖擊和振動現象。試驗機應具有測力系統和力指示裝置，能夠實時連續地指示施加到試樣上的力值。試驗機其他技術要求應符合 JB/T 9397-2013中第4章的規定。高低溫環境箱試驗箱的工作室內壁應由耐熱且不易氧化和具有一定強度的材料制成。試驗箱的結構可以為兩個單獨的腔室或一個具有快速溫度變化功能的腔室。如果使用兩個腔室，則其中一個用于低溫，另外一個用于高溫，而且應允許在規定時間內將試樣從一個腔室轉移到另一個 腔室，可以使用手動或自動轉移方法。保溫材料應能耐高溫并具有阻燃性能。保溫層應能夠保證試驗箱外部易觸及部位的溫度在高溫試驗時不高于50 ,在低溫試驗及環境溫度為 15 C3

11、5C、相對濕度w 85%時不應有凝露現象。加熱和制冷部件的熱量和冷量不應直接輻射到 試樣上。試驗箱應具有測溫系統，并能夠顯示溫度數值，同時應設有觀察窗和照明裝置。試驗箱的使用條件應符合 GB/T 10592-2008中第4章的規定。 5.4濕熱試驗箱試驗箱的工作室內壁應由耐腐蝕材料制成，且表面易于清潔。凝結水不允許滴落在工作空間內，且應連續排除，未經處理不得作為加濕用水。試驗箱應具有測溫和測濕系統，并能夠顯示溫度和濕度數值，同時應設有觀察窗和照明裝置。當進入高溫高濕階段后，每1 min測量工作室內所有溫濕度點一次，并實時顯示測量結果。試驗箱的使用條件應符合 GB/T 10586-2006中第4

12、章的規定。 5.5鹽霧試驗箱試驗箱的工作室內壁應由耐鹽霧腐蝕的材料制成。試驗箱內溫度波動度不大于1C。工作室內的鹽霧沉降率為(1.02.0) mL/ (h80cm2)。試驗箱應設有鹽霧沉降量指示裝置。噴霧器產生的鹽霧應微小分散、濕潤、 濃密，鹽霧不應直接噴射到試樣上。試驗箱應設有溫度調節和指示裝置。試驗箱的使用條件應符合 GB/T 10587-2006中第4章的規定。6評價步驟試樣聚合物基復合材料膠接試樣包括拉伸剪切試樣、十字拉伸試樣、I型開裂13t樣、II型開裂試樣和彎曲試樣，試樣的形狀尺寸、制備和質量應符合T/CSAE XX-2的規定。膠接靜態力學性能評價試驗條件應符合T/CSAE XX-

13、3的規定。聚合物基復合材料膠接的力學性能包括： (a)拉伸剪切強度 (b)拉伸強度 (c) I型斷裂韌性(d) II型斷裂韌性(e)彎曲強度膠接耐久性評價試驗條件應符合T/CSAE XX-4的規定。耐久性試驗方法包括： (a)溫度特性試驗(b)熱沖擊試驗(c)溫度/濕度循環試驗(d)濕熱試驗(e)鹽霧試驗(f)疲勞試驗附錄A（資料性附錄）膠接結構界面內聚力本構模型A.1內聚力模型本構關系材料內部的內聚力實質上是物質原子或分子之間的相互作用力，這個力與原子之間拉開的距離有一定的關系，所以內聚力區域中裂紋面上的各向應力可以定義為裂紋尖端分離位移 的函數（圖 A.1）,這個關系稱為開裂界面上的張力位

14、移關系，或稱之為內聚力模型 的本構關系，即=f開裂過程產生新的裂紋面所需要的能量稱為斷裂能釋放率G，計算表達式為G= d f d圖A.1裂紋尖端的內聚力區對于不同的材料和界面形式，已經發展出多種內聚力本構關系，其中牽引分離法則（TSL） 是大多數本構關系的基礎，常用的TSL模型有多項式關系（圖A.2 （a）所示）、指數關系（圖A.2 （b）所示）、梯形關系（圖 A.2 （c）所示）和雙線性關系（圖 A.2 （d）所示）。圖A.2典型的牽引分離圖A.2典型的牽引分離TSL關系A.2雙線性內聚力模型雙線性法則是一種簡單有效的內聚力本構模型，模型中應用的主要參數包括初始剛度、各向最大應力值、臨界張開

15、最大位移和斷裂能釋放率，其中最重要的最大應力值和斷裂能釋放率，當這兩個參數確定時， 內聚力模型的牽引分離曲線將基本確定，這是因為曲線的峰值點是由最大應力值決定的，曲線的面積由斷裂能釋放率的數值決定。圖A.3給出了雙線性本構的具體關系。內聚力單元的初始剛度K由界面材料的模量E和初始界面厚度t0決定，表示為:在內聚力模型的實際應用中， 往往不是單一載荷作用， 因此損傷初始準則需要考慮法向n和兩個切向s、t的混合破壞，將內聚力單元的正應變n和兩個切應變 s、 t定義為:當界面張開位移達到臨界張開位移時，應力取得最大值，如圖 89中點2位置所示;隨著界面張開位移的增加，內聚力單元按照退化系數 d （或

16、稱為損傷因子） 進行剛度退化,到達界面開裂最大位移f時，內聚力單元完全失效。圖 89中0-2-4圍成的面積等于臨界斷裂能釋放率Gc,反映了界面開裂物理過程中裂紋的斷裂韌性，因此可以通過I、n型開裂-應變關系可以表示為:實驗獲得界面的斷裂能釋放率。內聚力單元在初始線性段的應力-應變關系可以表示為:KnnKssKttf時，進入剛度退化階段，內聚力單元的應力-應變關系可以表示為:(1 d)Kss(1 d)Kttn (1 d)Knnstnn (1 d)KnnstnstA.3損傷初始準則在界面開裂的有限元模擬中，一般采用基于強度理論的損傷初始階段，包括基于應力和基于應變的兩大類，具體見表A.1。表A.1

17、內聚力損傷初始準則損傷初始準則名稱損傷初始準則表達式損傷初始準則名稱損傷初始準則表達式最大名義應力準則TnT最大名義應力準則TnTsTtiT ，T ，T1 n ,maxs,maxt,max二次名義應力準則TnTn ,max2Ts二次名義應力準則TnTn ,max2TsTs,maxTtTt,max最大名義應變準則maxn ,max s,maxt ,max二次名義應變準則n ,maxs,maxt,maxn ,maxs,maxt,maxA.4損傷演化準則內聚力單元滿足損傷初始判據后，將開始發生損傷演化，表現為界面層材料的剛度退化。損傷演化常用以下基于能量的混合準則：Reeder準則GcGe (Ge

18、Ge) (GueGue) -5 JGG|二)G|G| Gi GuG|1其中，G|、G|和G|為三個方向的斷裂能釋放率，G|C、G|C和G|C為三個方向的臨界斷裂能釋放率，為哥因子，可以根據開裂試驗的數據擬合獲得。這一準則中考慮了G|c G|c 的情況。二次哥指數準則B-KB-K準則GiGiiGicG|CGcGIC(G|CGic)(-)GIIC GIIIC。GIIC GIIIC。在這一準則中認為第一切向和第二切向的臨界斷裂能釋放率相等，即參考文獻Dugdale D S. Yielding of steel sheets containing slitsJ. Journal of the Mech

19、anics and Physics of Solids, 1960, 8(2): 100-104.Barenblatt G I. The mathematical theory of equilibrium cracks in brittle fractureJ. Advances in applied mechanics, 1962, 7(55-129): 104.Hillerborg A, Mode er M, Petersson P E. Analysis of crack formation and crack growth in concrete by means of fracture mechanics and finite elementsJ. Cement & Concrete Research, 1976, 6(6):773-781.Gurson A L. Continuum Theory of Ductile Rupture by Wd Nucleation and G