金屬/環(huán)氧/金屬粘結(jié)體系的強(qiáng)韌和失效機(jī)制實(shí)驗(yàn)研究1)

李景傳 梁立紅 劉小明 馬寒松 宋晶如 魏悅廣

*(中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

?(北京大學(xué)工學(xué)院，北京 100871)

**(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

金屬/環(huán)氧/金屬粘結(jié)體系的強(qiáng)韌和失效機(jī)制實(shí)驗(yàn)研究1)

李景傳*,**,2)梁立紅*劉小明*馬寒松*宋晶如*魏悅廣?,3)

*(中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所非線性力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190)

?(北京大學(xué)工學(xué)院，北京 100871)

**(中國(guó)科學(xué)院大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

本文系統(tǒng)地開(kāi)展了金屬/環(huán)氧/金屬膠結(jié)體系的強(qiáng)韌機(jī)理及失效行為實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)鋁合金圓棒與鋁合金圓棒通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠層的各種斜截面方向粘結(jié)，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)了該體系的拉伸變形和失效行為，測(cè)量了界面失效載荷對(duì)膠層厚度和粘結(jié)界面傾斜角的依賴關(guān)系；通過(guò)引入膠結(jié)界面平均正應(yīng)力、平均剪應(yīng)力、平均正應(yīng)變、平均剪應(yīng)變等概念，可對(duì)界面失效強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，獲得界面強(qiáng)度與界面粘結(jié)角度以及膠層厚度的關(guān)系，進(jìn)而獲得了鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金體系的強(qiáng)度失效面以及膠結(jié)界面的斷裂能和膠結(jié)體系的能量釋放率.上述研究結(jié)果為深入認(rèn)識(shí)金屬膠結(jié)體系的強(qiáng)韌性能和失效機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)金屬膠結(jié)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)判具有重要指導(dǎo)意義.研究結(jié)果表明，鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金體系的拉伸失效總體呈彈脆性破壞特征，失效表現(xiàn)為膠層粘結(jié)界面的斷裂，失效強(qiáng)度和界面斷裂能在膠層厚度為百微米量級(jí)時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)：界面粘結(jié)強(qiáng)度隨著膠層厚度的減小而顯著增大，臨界狀態(tài)的平均正應(yīng)力和平均剪應(yīng)力在強(qiáng)度破壞面上近似位于同一圓上，界面斷裂能隨著膠層厚度的減小而顯著減小；與此同時(shí)，界面失效強(qiáng)度和界面斷裂能也密切依賴于界面粘結(jié)角度.

金屬膠結(jié),膠層厚度,失效載荷,失效強(qiáng)度,界面能

引言

金屬粘結(jié)體系在航空航天、船舶、汽車等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.與常規(guī)的鉚接、焊接以及螺釘穿孔連接比較，粘結(jié)技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)在于它在一定程度上避免了金屬構(gòu)件間由于鉚接、焊接以及螺釘穿孔連接引起連接區(qū)域出現(xiàn)高的殘余應(yīng)力和變形以及由此導(dǎo)致應(yīng)力奇異性、裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展以及引起總體斷裂的問(wèn)題，除此之外，在保證產(chǎn)品性能滿足工業(yè)需求的情況下，粘結(jié)技術(shù)具有制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因而受到工業(yè)界的廣泛重視.簡(jiǎn)單總結(jié)起來(lái)，粘接技術(shù)是一種用膠黏劑將構(gòu)件與構(gòu)件連接和固定起來(lái)的方法，它有如下方面的優(yōu)勢(shì)：(1)改善接頭附近的應(yīng)力分布，減小應(yīng)力集中；(2)膠結(jié)工藝操作方便，膠結(jié)結(jié)構(gòu)重量小、外觀美觀以及價(jià)格低廉等；(3)設(shè)計(jì)思路和方法、選材等范圍廣泛；(4)膠結(jié)結(jié)構(gòu)具有良好的抗腐蝕能力等[1].因此膠結(jié)體系在航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)以及民用工程等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[2-8].為與工業(yè)應(yīng)用和廣泛需求相適應(yīng)，近幾十多年來(lái)對(duì)膠結(jié)體系的強(qiáng)韌性能開(kāi)展了廣泛的研究，同時(shí)也對(duì)粘結(jié)劑的性能以及新型粘結(jié)劑的研制等開(kāi)展了大量的研究，例如，研究了含填充物的膠黏劑性能[9]、不同膠結(jié)體的粘結(jié)特性[10-11]、膠結(jié)體系在特殊環(huán)境(潮濕[12]、高溫[13]等)下的應(yīng)用等.

膠結(jié)體系的突出優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在它的膠結(jié)界面具有良好的強(qiáng)韌特性，有效地刻劃這種強(qiáng)韌機(jī)制對(duì)設(shè)計(jì)新型膠結(jié)體系實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新至關(guān)重要.然而，由于膠結(jié)界面層的應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，導(dǎo)致膠結(jié)體系的強(qiáng)度和失效行為難以清楚地表征[10-11,14-15].之前對(duì)膠結(jié)體系強(qiáng)韌性能及破壞機(jī)制的研究重點(diǎn)是從實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬兩方面開(kāi)展，研究了膠層中的應(yīng)力分布和界面邊緣的應(yīng)力集中問(wèn)題，研究了膠結(jié)體系在復(fù)雜載荷條件下的力學(xué)特性.在實(shí)驗(yàn)研究方面，普遍采用了一種復(fù)合加載系統(tǒng)(改進(jìn)的Arcan試樣)用以測(cè)量塊體粘結(jié)試樣在(拉–剪和壓–剪)復(fù)合加載條件下的界面斷裂行為[16-19].也有學(xué)者采用斜接接頭試樣開(kāi)展研究[10-11]，研究了不同載荷條件下膠結(jié)體系的強(qiáng)度及破壞特征，例如彎曲載荷[20-21]、沖擊載荷[22]、疲勞載荷[23-24]等.Nakano 和 Sekiguchi[20]研究了彎曲載荷對(duì)斜接件的作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膠層厚度減小或者當(dāng)膠的楊氏模量增大，界面邊緣處的應(yīng)力奇異性減小以及接頭強(qiáng)度增大，該結(jié)論與斜接頭在拉伸載荷作用時(shí)的破壞情況類似.他們的研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斜接角度在60°附近時(shí)，接頭破壞所需彎矩最大，這與采用最大主應(yīng)力準(zhǔn)則模擬得到的結(jié)果相吻合.人們還研究了膠層附近的應(yīng)力分布[20,25]和應(yīng)力集中[10]現(xiàn)象，其中Afendi和Teramoto[11]設(shè)計(jì)了膠層兩端不同種被粘物的斜接接頭，研究其強(qiáng)度和破壞，他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和有限元數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中最顯著的地方在鋼和膠的界面拐角處，裂紋從該處起始，過(guò)渡到另一端鋁和膠的界面拐角處.他們定義了界面角韌性[26]，用以刻劃膠接件的強(qiáng)度，得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好.他們的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)展示：膠接件的失效常從自由邊界起始.有些學(xué)者也采用了雙斜接接頭[21,27]和改進(jìn)的斜接接頭[28]試樣開(kāi)展研究.Gacoin等[27]研究了雙斜接接頭內(nèi)部幾何特征產(chǎn)生的奇點(diǎn)對(duì)膠接件損傷演化的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試樣受軸向拉伸載荷作用以及斜接角度大于18°時(shí)，初始裂紋的產(chǎn)生將被抑制.過(guò)去對(duì)斜接接頭的情況的研究主要涉及對(duì)膠接件中的應(yīng)力分析和接頭失效強(qiáng)度預(yù)測(cè).一些學(xué)者采用二維模型研究靜態(tài)載荷下斜接接頭應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度預(yù)測(cè)[29-30]，有的學(xué)者采用三維模型研究斜接接頭界面邊緣的應(yīng)力奇異性[31-32].國(guó)內(nèi)期刊也刊登了眾多相關(guān)領(lǐng)域的研究成果，例如：許巍等[33]的綜述介紹了粘結(jié)界面的破壞機(jī)理及影響因素等相關(guān)研究,總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在粘結(jié)層尺度效應(yīng)方面的研究現(xiàn)狀；張軍等[34]采用脆性和延性兩種類型膠黏劑,對(duì)其粘接的對(duì)接試樣進(jìn)行了單拉、純剪以及斷裂等實(shí)驗(yàn)；李慧等[35]利用拉–剪實(shí)驗(yàn)研究了各種金屬表面預(yù)處理方法對(duì)聚合物粘結(jié)強(qiáng)度的影響；王詢等[36]從鋁合金表面粗糙度、微觀織構(gòu)、表面氧化層和涂層化學(xué)特性等方面入手,對(duì)鋁合金膠接接頭的界面強(qiáng)度和耐腐蝕性能影響的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述.

雖然對(duì)膠結(jié)體系的強(qiáng)韌機(jī)制已開(kāi)展了大量的研究，揭示出了若干現(xiàn)象及規(guī)律，但對(duì)認(rèn)識(shí)膠結(jié)體系特別是膠結(jié)界面的力學(xué)機(jī)制仍然需要開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究.先前在研究膠結(jié)體系的強(qiáng)韌機(jī)制時(shí)，主要采用的是棱柱形試樣，研究結(jié)果無(wú)疑在較大程度上依賴于膠結(jié)界面上棱點(diǎn)附近區(qū)域的額外應(yīng)力奇異性效應(yīng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)試樣制備來(lái)說(shuō)該種額外奇異性效應(yīng)對(duì)膠層粘結(jié)質(zhì)量十分敏感，這在很大程度上增加了從實(shí)驗(yàn)結(jié)果理解粘結(jié)力學(xué)機(jī)制的復(fù)雜性.為了消除這種額外的應(yīng)力奇異性效應(yīng)，本文采用圓柱形膠結(jié)體系試樣，集中研究膠結(jié)界面的強(qiáng)韌力學(xué)機(jī)制，揭示膠結(jié)體系的強(qiáng)韌及破壞機(jī)理，為新型膠結(jié)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù).本文選取航空航天等工業(yè)領(lǐng)域常用的鋁合金被粘物和環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑作為研究對(duì)象，采用圓柱形試樣開(kāi)展研究.與常見(jiàn)的矩形截面試樣相比，圓柱形試樣無(wú)棱點(diǎn)的額外應(yīng)力奇異性效應(yīng)，只有界面邊緣處的應(yīng)力奇異性效應(yīng)起作用.對(duì)不同斜接角度和膠層厚度的試樣系統(tǒng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，獲得對(duì)膠結(jié)體系強(qiáng)韌機(jī)制的表征，進(jìn)而建立膠結(jié)體系的失效準(zhǔn)則.

1 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)過(guò)程

為了模擬航空航天領(lǐng)域常用的膠結(jié)件的強(qiáng)韌性能，本文特選取鋁合金/環(huán)氧/鋁合金體系作為研究對(duì)象開(kāi)展系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究，鋁合金（2A12-CZ）為常規(guī)的輕質(zhì)鋁合金材料，其基本力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表1所示；環(huán)氧樹(shù)脂膠層為上海康達(dá)公司研制的萬(wàn)達(dá)1001號(hào)環(huán)氧樹(shù)脂，這種膠黏劑可以在常溫指壓下3～8 min固化定位，30～60 min達(dá)到70%的極限強(qiáng)度，24 h后達(dá)到極限強(qiáng)度，該環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的基本力學(xué)性能參量見(jiàn)表2所示[37]，其中E，σs和ν分別是楊氏模量、0.2%彈性極限應(yīng)變對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度和泊松比.表2中列出了3個(gè)試樣，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制備拉伸試樣，準(zhǔn)靜態(tài)加載得到力位移曲線，然后計(jì)算得出其相應(yīng)力學(xué)參量值，環(huán)氧樹(shù)脂標(biāo)準(zhǔn)試樣的最大拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度分別為6.93 MPa和9.19 MPa[37]，是一種高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)膠.可見(jiàn)，被粘物鋁合金 2A12-CZ的強(qiáng)度和模量大約是環(huán)氧樹(shù)脂的150倍，在試樣整個(gè)破壞過(guò)程中變形相對(duì)較小.

表1 鋁合金被粘物的材料參數(shù)Table 1 Mechanical property parameters of aluminum alloy

表2 環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑的材料參數(shù)Table 2 Mechanical property parameter of epoxy

膠結(jié)試樣的尺寸見(jiàn)圖1所示.其中黑色部分為環(huán)氧樹(shù)脂膠層，膠層兩端為被粘物鋁合金，橫截面為圓形，被粘物鋁合金兩端打孔方便加載，試樣直徑、總體長(zhǎng)度(除膠)和孔大小位置保持不變.其中t為膠層厚度，變化范圍為0.1～0.6 mm，θ為膠層斜接角度，在本研究中可選取為0°～70°變化范圍.

粘接之前，將鋁合金被粘物浸入無(wú)水乙醇中，用超聲波清洗機(jī)清洗5 min，以去除油污、泥沙等雜物.取出后在水流下沖洗干凈，用#600砂紙把鋁合金棒表面打磨均勻，磨痕與粘接面橢圓的短軸方向平行，以實(shí)現(xiàn)更好的界面結(jié)合.打磨后用清潔的無(wú)水乙醇在超聲波清洗機(jī)里清洗5 min，取出后用吹風(fēng)機(jī)冷風(fēng)吹干，立即進(jìn)行下述粘接步驟.

圖1 試樣尺寸（mm）Fig.1 Specimen size(mm)

為了保證既定的目標(biāo)膠層厚度t，膠層面采用兩根長(zhǎng)度8 mm直徑為t的銅絲來(lái)控制，銅絲放置方向與打磨方向一致，采用一種速干膠（氰基丙烯酸鹽粘合劑）將銅絲固定在被粘物膠結(jié)界面.此做法參照了Yang等的方法[37]，由于銅絲體積相對(duì)于整個(gè)膠層體積極其微小，且銅絲與金屬棒截面接觸面積相對(duì)于整個(gè)膠層與金屬棒截面的界面面積極其微小，Yang等證明了銅絲的存在對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響不明顯.另外，為了得到滿足要求的試樣，在試樣加工過(guò)程中特采用一些特別加工的帶半圓柱凹槽的模具.這種環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)劑主要由樹(shù)脂和固化劑混合而成，使用時(shí)，按1:1的比例快速混合均勻，立即均勻涂布在兩個(gè)鋁合金被粘表面，以保持較好的流動(dòng)性.兩部分被粘物對(duì)應(yīng)部分疊合后放在事先放置好保鮮膜的模具中，防止膠黏劑和模具粘結(jié).然后擠出多余的膠黏劑，扣上另一半模具，并用鉛塊在模具外施加壓力，直到完全固化.固化5 min左右，試樣固化定位，小心移到25℃的恒溫箱中保持24 h以達(dá)到完全固化.試樣完全固化后去除保鮮膜，多余的膠用刀具清除干凈，實(shí)際測(cè)得的平均膠層厚度見(jiàn)表3.由表3可見(jiàn)，實(shí)際得到的膠層厚度要比目標(biāo)膠層厚度略大，特別對(duì)于要求比較厚膠層和斜接角度較大的試樣來(lái)說(shuō)，實(shí)際厚度和目標(biāo)厚度差別相對(duì)較大，但都能保持在10%的偏差范圍以內(nèi).

為了對(duì)金屬/環(huán)氧/金屬粘結(jié)體系粘結(jié)界面力學(xué)性能開(kāi)展系統(tǒng)的研究，揭示出系統(tǒng)的力學(xué)性能規(guī)律，在本文的實(shí)驗(yàn)研究中，我們重點(diǎn)選取了5種不同的代表性膠層厚度 (0.1 mm，0.2 mm，0.3 mm，0.4 mm和0.6 mm)和6種不同的代表性斜接角度(0°，15°，30°，45°，60°和 70°)展開(kāi)研究，制作了相應(yīng)的試樣.為了得到可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每種類型試樣都制備了三個(gè)以上.拉伸實(shí)驗(yàn)在多功能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，載荷速度保持為0.1 mm/min，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次.

表3 實(shí)際測(cè)得的平均膠層厚度Table 3 The measured average adhesive layer thickness

2 鋁合金/環(huán)氧/鋁合金粘結(jié)體系的拉伸載荷–位移曲線

2.1 載荷–位移曲線

本文實(shí)驗(yàn)研究膠結(jié)體系的強(qiáng)度和斷裂能隨著膠層厚度及粘結(jié)角度的變化規(guī)律，由于涉及到較多的實(shí)驗(yàn)，我們就每個(gè)試樣尺寸選取了三個(gè)試樣以檢驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重復(fù)性良好，如圖2所示的代表性結(jié)果.這里給出的結(jié)果對(duì)應(yīng)膠層厚度t=0.3 mm 的情況.對(duì)于每一種斜接角度和每個(gè)膠層厚度，實(shí)驗(yàn)都得到了3條力位移曲線，在圖中分別標(biāo)為1，2，3.由圖可知，鋁合金/環(huán)氧/鋁合金體系試樣表現(xiàn)出彈脆性破壞特性.隨著位移的增大，載荷–位移曲線先呈現(xiàn)出線彈性關(guān)系，然后簡(jiǎn)短的非線性關(guān)系，最后載荷增大到最大值試樣突然發(fā)生破壞.3個(gè)試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的分散性，失效載荷差別不超過(guò)10%.位移差別較大，在20%左右.在接下來(lái)的討論中不是采用3個(gè)試樣的平均值來(lái)代替分散的結(jié)果，就是采用的3個(gè)試樣中載荷–位移曲線數(shù)值大小居中(例如像圖2中的黑色線)的曲線進(jìn)行分析(由于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分散性不是特別突出)，將會(huì)在分析過(guò)程中給出具體說(shuō)明.

圖2 典型的鋁合金/環(huán)氧/鋁合金試樣的載荷–位移曲線Fig.2 Load-displacement curve of typical specimen of the aluminum alloy/epoxy/aluminum alloy

實(shí)驗(yàn)中得到了大量的載荷–位移曲線，將它們分成兩大類.分別對(duì)應(yīng)給定膠結(jié)界面角度改變膠層厚度的結(jié)果和給定膠層厚度改變膠結(jié)界面角度的結(jié)果.圖3給出了給定膠層厚度改變膠結(jié)界面角度的結(jié)果，這里的膠層厚度為t=0.1 mm.從圖 3 可以看出，不同粘結(jié)界面角度的試樣得到的載荷–位移曲線形狀類似，隨著角度的增大失效載荷增大，位移也有所增大.其中45°試樣的載荷–位移曲線斜率最低，0°和70°試樣的力位移曲線斜率比較高.其他膠層厚度0.1～0.6 mm的情況也有類似的變化規(guī)律.需要指出的是：圖3對(duì)應(yīng)多種粘結(jié)角度情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了便于不同情況實(shí)驗(yàn)曲線的比較，我們對(duì)每組3個(gè)試樣結(jié)果（參見(jiàn)圖2）只取了數(shù)值大小居中的曲線繪于圖3中，以便于比較不同粘結(jié)角度間的結(jié)果偏差.

圖3 給定膠層厚度改變膠結(jié)界面角度的載荷–位移曲線Fig.3 Load-displacement curves for varying angle of adhesive interface and given adhesive layer thickness

圖4給出了給定膠結(jié)界面角度變化膠層厚度情況的載荷–位移曲線，這里對(duì)應(yīng)膠結(jié)界面角度為70°的情況.由圖可知，載荷–位移曲線的形狀對(duì)膠層厚度變化不敏感，極限載荷值對(duì)膠層厚度變化較敏感.厚膠層試樣在破壞之前，有一段隨位移增大載荷基本保持不變的曲線，表現(xiàn)出一定的韌性特性.極限失效載荷和載荷–位移曲線的斜率都隨著膠層厚度的增大有明顯的減小特征，對(duì)膠層厚度具有強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)，而極限位移值略有變化.其他膠結(jié)界面角度0°到70°的情況的結(jié)果有類似的變化特征.同樣需要指出的是：圖4對(duì)應(yīng)多種膠層厚度情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了便于不同情況實(shí)驗(yàn)曲線的比較，我們對(duì)每組3個(gè)試樣結(jié)果(參考圖2)只取了數(shù)值大小居中的曲線繪于圖4中，以便于比較不同膠層厚度引起的結(jié)果偏差.

圖4 給定膠結(jié)界面角度改變膠層厚度情況的載荷–位移曲線Fig.4 Load-displacement curves for varying adhesive layer thickness and given angle of adhesive interface

2.2 失效載荷曲線

圖5給出了極限載荷隨膠層界面角度變化的關(guān)系，圖中曲線對(duì)應(yīng)不同膠層厚度、3個(gè)同樣膠層厚度和膠結(jié)角度情況的失效載荷對(duì)應(yīng)的誤差棒也在圖5中畫(huà)出.由圖可知，不同厚度膠結(jié)層的失效載荷隨粘結(jié)界面角度的變化規(guī)律相似.當(dāng)粘結(jié)界面角度從0°變化到45°時(shí)，失效載荷增加緩慢，但隨著角度繼續(xù)增大，失效載荷急劇增大.這與粘接界面面積隨著粘結(jié)角度的變化規(guī)律類似.膠層厚度越小對(duì)應(yīng)的失效載荷越高，膠層厚度越大對(duì)應(yīng)的失效載荷越低.由圖可知，失效載荷對(duì)于膠層厚度具有明顯的尺度效應(yīng).

3 鋁合金/環(huán)氧/鋁合金體系的膠結(jié)界面強(qiáng)度

圖5 失效載荷隨粘結(jié)界面角度的變化規(guī)律Fig.5 Failure loads vary with the adhesive interface angle

圖3～圖5中給出了鋁合金/環(huán)氧/鋁合金膠結(jié)體系的載荷–位移曲線隨粘結(jié)界面角度和膠層厚度的變化規(guī)律以及失效載荷的變化特征.對(duì)上述結(jié)果可做如下近似分析：首先由于鋁合金的彈性模量遠(yuǎn)高于環(huán)氧樹(shù)脂，因此可近似假設(shè)在圖3～圖5的結(jié)果中，拉伸位移主要發(fā)生在環(huán)氧樹(shù)脂膠層里；其次由于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到膠結(jié)體系的拉伸斷裂全部發(fā)生在膠層內(nèi)或膠結(jié)界面，我們可以基于圖3～圖5的結(jié)果獲得鋁合金/環(huán)氧/鋁合金膠結(jié)界面的強(qiáng)度變化規(guī)律.基于上述分析，膠層內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)可近似被看作為垂直于界面的單向拉伸和平行于界面的簡(jiǎn)單剪切的復(fù)合，首先我們可以將前面得到的載荷–位移曲線沿膠結(jié)界面方向分解成平均正應(yīng)力和平均正應(yīng)變的關(guān)系以及平均剪應(yīng)力和平均剪應(yīng)變的關(guān)系，進(jìn)而可獲得膠結(jié)體系的失效面規(guī)律以及膠結(jié)界面的斷裂能規(guī)律.

參考圖6的粘結(jié)界面平均應(yīng)力及變形幾何示意圖，沿膠結(jié)界面的平均正應(yīng)力和平均剪應(yīng)力可表示為

其中，F(xiàn)是拉伸載荷，A是橫截面積，θ是斜接角度.沿膠結(jié)界面的平均正應(yīng)變和平均剪應(yīng)變分別為

其中d為總拉伸位移.

圖6 粘結(jié)界面的變形和平均應(yīng)力的幾何示意圖Fig.6 Sketch figures of deformation and average stresses on the adhesive interface

由圖3及式(1)～式(4)可給出圖7(a)和圖7(b)分別所示的膠結(jié)界面的平均正應(yīng)力和平均正應(yīng)變關(guān)系及平均剪應(yīng)力和平均剪應(yīng)變關(guān)系，該結(jié)果對(duì)應(yīng)環(huán)氧樹(shù)脂膠層厚度t=0.1 mm的情況，粘結(jié)界面角度在0°～70°范圍選取了6種代表性的角度值.圖中結(jié)果顯示：平均正應(yīng)力–平均正應(yīng)變曲線和平均剪應(yīng)力–平均剪應(yīng)變曲線的彈性段斜率相等，都隨著粘結(jié)界面角度增大而顯著減小；最大平均正應(yīng)力隨著粘結(jié)界面角度的增大而減小，而最大平均剪應(yīng)力則隨著粘結(jié)界面角度的增大而增大.可見(jiàn)隨著粘結(jié)界面角度的增大，鋁合金/環(huán)氧/鋁合金體系的界面破壞是從由拉伸主導(dǎo)的破壞過(guò)渡到由簡(jiǎn)單剪切主導(dǎo)的破壞.其他0.1～0.6 mm膠層厚度的情況具有類似的規(guī)律.同樣需要指出的是：圖7對(duì)應(yīng)多種粘結(jié)角度情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了便于不同情況實(shí)驗(yàn)曲線的比較，我們對(duì)每組3個(gè)試樣結(jié)果只取了數(shù)值大小居中的曲線，以便于比較不同粘結(jié)角度引起的結(jié)果差異.

圖7 給定膠層厚度變化膠結(jié)界面角度時(shí)的平均應(yīng)力和平均應(yīng)變的關(guān)系Fig.7 Relations of average stress and average strain for varying angle of adhesive interface and given adhesive layer thickness

同樣可由圖4及式(1)～式(4)給出膠結(jié)界面的平均正應(yīng)力和平均正應(yīng)變關(guān)系及平均剪應(yīng)力和平均剪應(yīng)變的關(guān)系，對(duì)應(yīng)粘結(jié)界面角度為70°、膠層厚度為0.1～0.6 mm的情況.在圖8中，我們給出了粘結(jié)界面角度為0°情況的膠結(jié)界面的平均應(yīng)力–平均正應(yīng)變曲線.由圖8可知，膠結(jié)界面的平均正應(yīng)力–平均正應(yīng)變曲線的斜率隨著膠層厚度的改變而改變，但除了膠層厚度等于0.1 mm情況，其他情況變化相對(duì)較??；最大平均正應(yīng)力的值隨著膠層厚度的增大而減小.其他粘結(jié)界面角度的情況具有類似的規(guī)律，即最大平均正應(yīng)力的值隨著膠層厚度的增大而減小，最大平均剪應(yīng)力的值隨著膠層厚度的增大而增大.

圖8 粘結(jié)界面角度為0°（正粘結(jié)）時(shí)的平均正應(yīng)力–平均正應(yīng)變曲線Fig.8 Relations of average stress and average strain for varying adhesive layer thickness at the adhesive interface angle of 0°

由圖7和圖8給出的膠結(jié)界面的平均正應(yīng)力–平均正應(yīng)變關(guān)系和平均剪應(yīng)力–平均剪應(yīng)變關(guān)系，我們進(jìn)一步可以獲得對(duì)應(yīng)的膠結(jié)體系的最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力的強(qiáng)度破壞面，如圖9所示.由圖9可知，膠結(jié)體系的強(qiáng)度破壞面與膠層厚度密切相關(guān)，具有較強(qiáng)的尺度敏感性.由圖可知，對(duì)于給定的膠層厚度，不同粘結(jié)界面角度情況對(duì)應(yīng)的平均失效應(yīng)力近似在一圓弧上，其半徑隨著膠層厚度增大而減小.換句話說(shuō)，同樣膠層厚度的粘結(jié)體系的試樣，失效時(shí)膠層面上單位面積承受的載荷近似相等，這為金屬/環(huán)氧樹(shù)脂/金屬粘結(jié)體系的強(qiáng)度預(yù)測(cè)，提供了可方便應(yīng)用的強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則.通過(guò)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就可推廣到預(yù)測(cè)一般粘結(jié)角度情況的強(qiáng)度破壞載荷預(yù)測(cè).大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)在圓弧附近，少數(shù)點(diǎn)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差有一定的偏差.為了比較，我們也將同樣材料的單搭接板試樣的強(qiáng)度點(diǎn)[37]（近似對(duì)應(yīng)粘結(jié)界面角度為90°的情形）畫(huà)在圖9中，有趣的是單搭接板試樣的強(qiáng)度點(diǎn)[37]也近似在這個(gè)圓弧上.這表明不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谀承┣闆r下有一定的關(guān)聯(lián)性，單搭接試樣在某種程度上可以認(rèn)為是斜接試樣的極限情況(粘結(jié)界面角度趨向90°).

圖9 粘結(jié)界面的強(qiáng)度破壞面Fig.9 Strength failure surface of adhesive interface

由圖9可知，膠層厚度0.1 mm的情況對(duì)應(yīng)的圓弧半徑比其他幾種膠層厚度情況對(duì)應(yīng)的圓弧半徑明顯增大，說(shuō)明膠層厚度很小的時(shí)候，強(qiáng)度有急劇上升的趨勢(shì).通常環(huán)氧樹(shù)脂標(biāo)準(zhǔn)試樣的最大拉伸和剪切強(qiáng)度分別為 6.93 MPa 和 9.19 MPa[37]，而本文研究的環(huán)氧樹(shù)脂膠結(jié)界面的極限拉伸和剪切強(qiáng)度分別達(dá)到了上述強(qiáng)度的2～5倍.由于受金屬被粘物的約束作用，膠層在鋁合金之間發(fā)揮出了比其本身更強(qiáng)的承載能力.其物理機(jī)制需要從跨尺度力學(xué)理論進(jìn)行分析，對(duì)此我們將在另文中展開(kāi)系統(tǒng)深入的研究.

4 鋁合金/環(huán)氧/鋁合金體系之膠結(jié)界面斷裂能的表征

為了表征粘結(jié)界面的斷裂能，在彈性范圍內(nèi)給出斷裂韌性的表達(dá)式如下

其中，G和E分別是膠層剪切模量和楊氏模量，分別是平均正應(yīng)力和平均剪應(yīng)力的彈性極限值，可由圖7～圖9給出，結(jié)果示于圖10.由圖10可知，金屬/環(huán)氧/金屬體系的粘結(jié)界面的斷裂能隨著粘結(jié)界面角度的增大而增大，隨著膠層厚度的增大而增大.

圖10 粘結(jié)界面的斷裂能Fig.10 Fracture energy of adhesive interface

為了比較，我們也可由載荷–位移曲線(見(jiàn)圖3和圖4)下的彈性部分的面積(總的彈性應(yīng)變能)除以膠層面積直接求得鋁合金/環(huán)氧/鋁合金粘結(jié)體系的能量釋放率w=W/S，其中W是系統(tǒng)的彈性總能量，S是膠層的面積.結(jié)果示于圖11.由圖11可看出，體系的能量釋放率同樣隨著膠層厚度的增大而增大，隨著粘結(jié)界面角度的增大而近似呈增大關(guān)系.這里需要指出的是，對(duì)于膠層厚度很薄的情況，如t=0.1 mm情形，界面強(qiáng)度很高，在確定載荷–位移曲線下彈性段的面積時(shí)，難以精確地辨別出彈性極限點(diǎn)的位置，以此將帶來(lái)一定的偏差并導(dǎo)致結(jié)果波動(dòng)，如圖11結(jié)果所示.比較圖11和圖10可以看出，單位面積界面破壞所需要的能量是總能量釋放率的5%左右，可見(jiàn)有95%左右的能量釋放率將被消耗在含孔的金屬棒區(qū)域內(nèi)以及膠層的非彈性變形過(guò)程，這點(diǎn)還需要開(kāi)展更深入的研究和探討.

圖11 膠結(jié)體系的能量釋放率Fig.11 Energy release rate of metal/epoxy adhesive system

值得指出的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出失效強(qiáng)度和界面斷裂能當(dāng)膠層厚度在毫米以下表現(xiàn)出尺度效應(yīng)，特別是當(dāng)膠層厚度接近百微米時(shí)，尺度效應(yīng)極其強(qiáng)烈.引起尺度效應(yīng)的主要原因是當(dāng)膠層厚度很小時(shí)膠層內(nèi)的三軸應(yīng)力急劇增大導(dǎo)致界面附近產(chǎn)生高的應(yīng)變梯度的原因.對(duì)于失效強(qiáng)度和界面斷裂能表現(xiàn)出尺度效應(yīng)過(guò)去有不少文獻(xiàn)有討論，例如文獻(xiàn)[38]針對(duì)薄膜撕裂問(wèn)題膠層厚度尺度效應(yīng)所展開(kāi)的討論.

5 結(jié)論及討論

本文系統(tǒng)地開(kāi)展了金屬/環(huán)氧/金屬粘結(jié)體系的強(qiáng)韌機(jī)理及失效行為實(shí)驗(yàn)研究，針對(duì)鋁合金圓棒與鋁合金圓棒通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠層的各種斜截面粘結(jié)和膠層厚度，實(shí)驗(yàn)研究了其拉伸變形和失效特征以及界面失效載荷對(duì)膠層厚度和界面傾斜角的依賴關(guān)系；通過(guò)引入膠結(jié)界面平均正應(yīng)力、平均剪應(yīng)力、平均正應(yīng)變、平均剪應(yīng)變等概念，獲得了對(duì)界面失效強(qiáng)度的測(cè)量，獲得了界面強(qiáng)度與界面粘結(jié)角度以及與膠層厚度的關(guān)系，進(jìn)而獲得了鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金體系的強(qiáng)度失效面以及膠結(jié)界面的斷裂能和膠結(jié)體系的能量釋放率.通過(guò)本文系統(tǒng)的研究和分析，獲得了如下主要結(jié)論.

(1)鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金體系的拉伸失效總體呈彈脆性破壞特征，失效往往表現(xiàn)為膠層粘結(jié)界面的斷裂，失效載荷及失效強(qiáng)度在膠層厚度為百微米量級(jí)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)：粘結(jié)強(qiáng)度隨著膠層厚度的減小而顯著增大；與此同時(shí)，粘結(jié)載荷也密切地依賴于界面粘結(jié)角度.

(2)環(huán)氧樹(shù)脂膠層界面的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨著粘結(jié)界面傾斜角度的增加而減小，而剪切粘結(jié)強(qiáng)度則隨著粘結(jié)界面傾斜角度的增加而增加；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度點(diǎn)和剪切粘結(jié)強(qiáng)度點(diǎn)位于強(qiáng)度破壞面的同一圓上.

(3)鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金體系的粘結(jié)界面斷裂能在膠層厚度為百微米的尺度表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺度效應(yīng)：隨著膠層厚度的增大界面斷裂能明顯增大；與此同時(shí)，隨著粘結(jié)界面角度的增大，界面斷裂能也顯著增大.

(4)鋁合金/環(huán)氧膠層/鋁合金粘結(jié)體系破壞時(shí)的粘結(jié)界面能僅占體系的總體能量釋放率的5%，可見(jiàn)體系失效過(guò)程中大部分能量通過(guò)金屬棒接頭變形和膠結(jié)層材料的非彈性變形破壞而被釋放掉.

上述研究結(jié)果對(duì)深入認(rèn)識(shí)金屬膠結(jié)體系的強(qiáng)韌性能和失效機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)金屬粘結(jié)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能評(píng)判具有重要指導(dǎo)意義.

1 Kinloch AJ.Adhesion and Adhesives:Science and Technology.London:Chapman and Hall,1987

2 Wu ZS,Yuan H,Niu HD.Stress transfer and fracture propagation in different kinds of adhesive joints.Journal of Engineering Mechanics-ASCE,2002,128:562-573

3 Dai JG,Ueda T,Sato Y.Development of the nonlinear bond stressslip model of fiber reinforced plastics sheet-concrete interfaces with a simple method.Journal of Composites for Construction,2005,9:52-62

4 Ascione F.Mechanical behavior of FRP adhesive joints:A theoretical model.Composites Part B:Engineering,2009,40:116-24

5 Grant LDR,Adams RD,da Silva LFM.Experimental and numerical analysis of single-lap joints for the automotive industry.International Journal of Adhesion and Adhesives,2009,29:405-13

6 Grant LDR,Adams RD,da Silva LFM.Effect of the temperature on the strength of adhesively bonded single lap and T joints for the automotive industry.International Journal of Adhesion and Adhesives,2009,29:535-42

7 Loureiro AL,da Silva LFM,Sato C,Figueiredo MAV.Comparison of the Mechanical Behavior Between Stiff and Flexible Adhesive Joints for the Automotive Industry.The Journal of Adhesion,2010,86:765-87

8 Higgins A.Adhesive bonding of aircraft structures.International Journal of Adhesion and Adhesives,2000,20:367-76

9 Kahraman R,Sunar M,Yilbas B.Influence of adhesive thickness and filler content on the mechanical performance of aluminum single-lap joints bonded with aluminum powder filled epoxy adhesive.Journal of Materials Processing Technology,2008,205:183-9

10 Afendi M,Teramoto T,Bakri HB.Strength prediction of epoxy adhesively bonded scarf joints of dissimilar adherends.International Journal of Adhesion and Adhesives,2011,31(6):402-411

11 Afendi M,Majid MSA,Daud R,et al.Strength prediction and reliability of brittle epoxy adhesively bonded dissimilar joint.International Journal of Adhesion and Adhesives,2013,45(2):21-31

12 da Silva LFM,Carbas RJC,Critchlow GW,et al.Effect of material,geometry,surface treatment and environment on the shear strength of single lap joints.International Journal of Adhesion and Adhesives,2009,29:621-32

13 Reis PNB,Soares JRL,Pereira AM,et al.Effect of adherends and environment on static and transverse impact response of adhesive lap joints.Theoretical and Applied Fracture Mechanics,2015,80:79-86

14 Wang CH,Rose LRF.Determination of triaxial stresses in bonded joints.International Journal of Adhesion and Adhesives,1997,17:17-25

15 Imanaka M,Fujinami A,Suzuki Y.Fracture and yield behavior of adhesively bonded joints under triaxial stress conditions.Journal of Materials Science,2000,35:2481-91

16 Arcan L,Arcan M,Daniel I.SEM fractography of pure and mixed mode inter-laminar fracture in graphite/epoxy composites.ASTM Technologies,1987,948:41-67

17 Stamoulis G,Carrere N,Cognard JY,et al.Investigating the fracture behavior of adhesively bonded metallic joints using the Arcan fixture.International Journal of Adhesion and Adhesives,2016,66:147-159

18 Choupani N.Mixed-mode cohesive fracture of adhesive joints:Experimental and numerical studies.Engineering Fracture Mechanics,2008,75(15):4363-4382

19 Choupani N.Interfacial mixed-mode fracture characterization of adhesively bonded joints.International Journal of Adhesion and Adhesives,2008,28(6):267-282

20 Nakano H,Sekiguchi Y,Sawa T.FEM stress analysis and strength prediction of scarf adhesive joints under static bending moments.International Journal of Adhesion and Adhesives,2013,44:166-73

21 Liao L,Sawa T,Huang C.Numerical analysis on load-bearing capacity and damage of double scarf adhesive joints subjected to combined loadings of tension and bending.International Journal of Adhesion and Adhesives,2014,53(18):65-71

22 Kim MK,Elder DJ,Wang CH,et al.Interaction of laminate damage and adhesive disbonding in composite scarf joints subjected to combined in-plane loading and impact.Composite Structures,2012,94(3):945-953

23 Jen YM.Fatigue life evaluation of adhesively bonded scarf joints.International Journal of Fatigue,2012,36(1):30-39

24 Zhan Z,Meng Q,Hu W,et al.Continuum damage mechanics based approach to study the effects of the scarf angle,surface friction and clamping force over the fatigue life of scarf bolted joints.International Journal of Fatigue,2017,102:59-78

25 Nakano H,Omiya Y,Sekiguchi Y,et al.Three-dimensional FEM stress analysis and strength prediction of scarf adhesive joints with similar adherends subjected to static tensile loadings.International Journal of Adhesion and Adhesives,2014,54(5):40-50

26 Gacoin A,Lestriez P,Assih J,et al.Comparison between experimental and numerical study of the adhesively bonded scarf joint and double scarf joint:Influence of internal singularity created by geometry of the double scarf joint on the damage evolution.International Journal of Adhesion and Adhesives,2009,29:572-579

27 Bendemra H,Compston P,Crothers PJ.Optimisation study of tapered scarf and stepped-lap joints in composite repair patches.Composite Structures,2015,130:1-8

28 Suzuki Y.Adhesive Tensile strengths of scarf and butt joints of steel plates :2nd Report,Relation between Mechanical Properties of Adhesive and Fracture Criteria of Joints.Bulletin of JSME,1985,28(463):2575-2584

29 Suzuki Y.Adhesive tensile strengths of scarf and butt joints of steel plates(relation between adhesive layer thicknesses and adhesive strengths of joints):Solid-mechanics,strength of materials.Nihon Kikai Gakkai Ronbunshu A Hen/transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers Part A,1987,53(487):514-522

30 Chaudhuri RA,Sou-Hsiung JC.Three-dimensional asymptotic stress field in the vicinity of an adhesively bonded scarf joint interface.Composite Structures,2009,89(3):475-483

31 Chiu SHJ,Chaudhuri RA.A three-dimensional eigenfunction expansion approach for singular stress field near an adhesively-bonded scarf joint interface in a rigidly-encased plate.Engineering Fracture Mechanics,2011,78(10):2220-2234

32 Groth HL.Prediction of failure loads of adhesive joints using the singular intensity factors.Fracture Mechanics:Eighteenth Symposium:ASTM STP,1988,945:278-84

33 許巍,陳力,張錢城等.粘結(jié)界面力學(xué)行為及其表征.中國(guó)科學(xué):技術(shù)科學(xué),2012,42(12):1361-1376(Xu Wei,Chen Li,Zhang Qiancheng,et al.Mechanical behavior and characterization of bonding interface.Scientia Sinica Technologica,2012,42(12):1361-1376(in Chinese))

34 張軍,賈宏.內(nèi)聚力模型的形狀對(duì)膠接結(jié)構(gòu)斷裂過(guò)程的影響.力學(xué)學(xué)報(bào),2016,48(5):1088-1095(Zhang Jun,Jia Hong.Influence of cohesive zone models shape on adhesively bonded joints.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2016,48(5):1088-1095(in Chinese))

35 李慧,張鵬,程永奇等.金屬表面預(yù)處理對(duì)金屬/聚合物界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響.玻璃鋼/復(fù)合材料,2013,4:51-54(Li Hui,Zhang Peng,Cheng Yongqi,et al.Research effects of metal pretreatment on the bonding strength of metal/polymer interface.Fiber Reinforced Plastics/Composites,2013,4:51-54(in Chinese))

36 王詢,林建平,萬(wàn)海浪.鋁合金表面特性對(duì)其膠接性能影響的研究進(jìn)展.材料工程,2017,45(8):123-131(Wang Xun,Lin Jianping,Wan Hailang.Research progress in effect of aluminum surface properties on adhesively bonded performance.Journal of Materials Engineering,2017,45(8):123-131(in Chinese))

37 Yang S,Xu W,Liang LH,et al.An experimental study on the dependence of the strength of adhesively bonded joints with thickness and mechanical properties of the adhesives.Journal of Adhesion Science and Technology,2014,28:1055-71

38 Wei Y,Zhao H.Peeling experiments of ductile thin films along ceramic substrates-critical assessment of analytical models.International Journal of Solids&Structures,2008,45(13):3779-3792

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF STRENGTH, TOUGHNESS AND FAILURE MECHANISM OF THE METAL/EPOXY/METAL ADHESIVE SYSTEM1)

Li Jingchuan*,**,2)Liang Lihong*Liu Xiaoming*Ma Hansong*Song Jingru*Wei Yueguang?,3)
*(LNM,Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100190,China)
?(Department of Mechanics,College of Engineering,Peking University,Beijing100871,China)
**(College of Engineering Science,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing100049,China)

In the present research,we carry out a systematical experimental investigations on the strength,toughness and failure mechanism of the metal/epoxy/metal adhesive system.For the case of the aluminum alloy cylinder/epoxy/aluminum alloy cylinder adhesive system,we measure the tensile deformation and failure behaviors,including the dependence of the failure loading on the adhesive layer thickness and adhesive interfacial inclined angle.Through introducing a series of definitions,such as average normal stress,average shear stress,average normal strain and average shear strain,along the adhesive interface,we realize the measurements on interfacial failure strength,and obtain the relationship between the interfacial strength and the interfacial adhesive angle as well as adhesive layer thickness,and we further obtain the failure strength surface,adhesive interfacial fracture energy,as well as the energy release rate for the binding system of the aluminum alloy/epoxy adhesive/aluminum alloy.The obtained results provide a scientific basis for deeply understanding the strength and toughness properties as well as the failure mechanism of the metal adhesive system,and have an important guiding for the optimization design and property evolution of the metal adhesive system.Through present systematic research and analysis,we come to the following conclusions:The tensile failure of the aluminum alloy/epoxy/aluminum alloy adhesive system globally displays the brittle-elastically failure behavior.Failure mode is the fracture along the adhesive interface of adhesive layer.Both failure strength and interfacial fracture energy display the strong size effect when adhesive layer thickness is at hundred micron level.Interfacial adhesive strength increases obviously as adhesive thickness decreases.At critical state the average normal stress and average shear stress are approximately situated at a same circle on the strength failure surface.The interfacial fracture energy decreases obviously as adhesive layer thickness decreases.Both interfacial failure strength and interfacial fracture energy are closely depended on the interfacial adhesive angle.

metal bind,adhesive layer thickness,failure load,failure strength,interfacial energy

TG49

A

10.6052/0459-1879-17-321

2017–09–22 收稿,2017–10–27 錄用,2017–10–27 網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表.

1)國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11432014,11672301).

2)李景傳,博士,主要研究方向:材料力學(xué)行為.E-mail:lijingchuan@lnm.imech.ac.cn

3)魏悅廣,教授,主要研究方向:跨尺度力學(xué).E-mail:weiyg@pku.edu.cn

李景傳,梁立紅,劉小明,馬寒松,宋晶如,魏悅廣.金屬/環(huán)氧/金屬粘結(jié)體系的強(qiáng)韌和失效機(jī)制實(shí)驗(yàn)研究.力學(xué)學(xué)報(bào),2017,49(6):1213-1222

Li Jingchuan,Liang Lihong,Liu Xiaoming,Ma Hansong,Song Jingru,Wei Yueguang.Experimental investigations of strength,toughness and failure mechanism of the metal/epoxy/metal adhesive system.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2017,49(6):1213-1222