摘要：三明治结构作为载荷传递和连接元件,广泛应用于航空航天、材料表征、柔性电子等领域.了解其断裂行为和特点能为三明治结构连接件极限载荷的设计提供理论指导.基于改良弹性地基理论模型,本文提出了一种计算能量释放率的新理论模型,模型中考虑中间层厚度对三明治结构I型断裂能量释放率的影响.结果表明,中间层厚度对三明治结构I型断裂的影响存在两个部分:中间层剪切力的影响及中间层引起结构刚度增大的影响.当无量纲中间层厚度取最大值2时,传统模型与有限元计算结果存在70%以上的误差;采用本文的模型可以极大地提高精度,将误差降到5%以内.相比改良弹性地基理论只适用于中间层厚度较小的情况,本理论模型的适用范围更广.此外,利用本模型,本文选取了两个几何参数(中间层厚度和裂纹初始长度)和一个材料参数(模量比)进行研究.讨论了剪切效应对结构几何和材料参数的敏感性.在定载荷的基础上,讨论了几何和材料参数对能量释放率的影响;并在假定结构断裂韧性不变的基础上,得到了几何和材料参数对三明治结构临界载荷的影响规律.

摘要：本文系统地开展了金属/环氧/金属胶结体系的强韧机理及失效行为实验研究,针对铝合金圆棒与铝合金圆棒通过环氧树脂胶层的各种斜截面方向粘结,实验观测了该体系的拉伸变形和失效行为,测量了界面失效载荷对胶层厚度和粘结界面倾斜角的依赖关系;通过引入胶结界面平均正应力、平均剪应力、平均正应变、平均剪应变等概念,可对界面失效强度进行测量,获得界面强度与界面粘结角度以及胶层厚度的关系,进而获得了铝合金/环氧胶层/铝合金体系的强度失效面以及胶结界面的断裂能和胶结体系的能量释放率.上述研究结果为深入认识金属胶结体系的强韧性能和失效机制提供了科学依据,对金属胶结体系的优化设计和性能评判具有重要指导意义.研究结果表明,铝合金/环氧胶层/铝合金体系的拉伸失效总体呈弹脆性破坏特征,失效表现为胶层粘结界面的断裂,失效强度和界面断裂能在胶层厚度为百微米量级时表现出强烈的尺度效应:界面粘结强度随着胶层厚度的减小而显著增大,临界状态的平均正应力和平均剪应力在强度破坏面上近似位于同一圆上,界面断裂能随着胶层厚度的减小而显著减小;与此同时,界面失效强度和界面断裂能也密切依赖于界面粘结角度.