树脂基复合材料胶接性能评价规范复合材料金属第一部分总则.docx
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树脂基复合材料胶接性能评价规范复合材料金属第一部分总则
树脂基复合材料胶接性能评价规范复合材料/金属
第1部分：
总则
1范围
本标准规定了汽车用树脂基复合材料与金属胶接性能评价的试验原理、试样、试验装置、试验条件、试验步骤和试验数据处理方法。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适
用于本文件。
凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2943—2008胶粘剂术语
GB/T3961—2009纤维增强塑料术语
GB/T1446—2005纤维增强塑料性能试验方法总则
GJB5304—2004军用复合材料术语
GJB3383-1998胶接耐久性试验方法
HB7618—2013聚合物基复合材料力学性能数据表达准则
ISO19095-1-2015塑料类一塑料/金属组合体界面粘附性能评价标准第1部分指南
JB/T9397—2013&压疲劳试验机技术条件
GB/T10592—2008高低温试验箱技术条件
GB/T10586—2006湿热试验箱技术条件
GB/T10587—2006盐雾试验箱技术条件
T/CSAEXX-2-
-201X
聚合物基复合材料胶接性能评价规范
复合材料/金属
第2部分:
试样
T/CSAEXX-3-
-201X
聚合物基复合材料胶接性能评价规范
复合材料/金属
第3部分:
试验方法
T/CSAEXX-4-
-201X
聚合物基复合材料胶接性能评价规范
复合材料/金属
第4部分:
耐久性试验
3术语和定义
GB/T2943—2008GJB5304—2004HB7618—2013和T/CSAEXX-1—201X（聚合物
基复合材料胶接性能评价规范复合材料/复合材料第1部分：
总则）界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1复合材料composites
由两个或两个以上独立的理想相，包含粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体材料。
[GB/T3961—200，9定义3.1.11条]
1
3.2热固性复合材料thermosettingcomposites以热固性树脂为基体的复合材料。
[GB/T3961—200，9定义3.1.35条]
3.3热塑性复合材料thermoplasticcomposites以热塑性树脂为基体的复合材料。
[GB/T3961—200，9定义3.1.36条]
3.4聚合物基复合材料polymermatrixcomposites以聚合物为基体的复合材料，分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。
3.5纤维复合材料fiberreinforcedcomposites以纤维或其制品为增强材料的复合材料。
[GJB5304—200，4定义3.1.2条]
3.6胶接I型断裂韧性GicmodeIfracturetoughnessGicofadhesivejoints使用端部预制裂纹的双悬臂梁胶接试样，测得的张开型（I型）裂纹沿试样纵向起始扩
展的临界能量释放率。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.6条]
3.7胶接II型断裂韧性GIIcmodeIIfracturetoughnessGIIcofadhesivejoints使用端部预制裂纹的弯曲梁胶接试样，测得的滑开型（II型）裂纹沿试样纵向起始扩展
的临界能量释放率。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.7条]
3.8胶接耐久性性durabilityofadhesivebonding胶接件在规定使用条件下、规定使用期内，长期保持性能的能力。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.8条]
3.9饱和水汽压saturationvapourpressure在恒定温度条件下，当给定体积空气中的水分不能再增加时的水汽压。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.9条]
3.10水汽分压力partialvapourpressure在恒定温度条件下，在给定的体积空气中，大气压力中的水汽压力部分。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.10条]
3.11相对湿度（RH）relativehumidity
在恒定温度条件下，在给定的体积空气中，水汽分压力与饱和水汽压力的比率，用百分数表示。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.11条]
3.12实际湿度achievedhumidity稳定后，试验箱工作空间内任意点的湿度。
[T/CSAEXX-1—201X,定义3.12条]
4原理
4.1拉伸剪切试验聚合物基复合材料胶接单搭接试样的拉伸剪切试验是在平行于粘接面且在试样主轴方向上施加一拉伸载荷，测出复合材料单搭接粘接处的剪切强度。
4.2十字拉伸试验聚合物基复合材料十字胶接试样的拉伸试验是在垂直于粘接面的方向上施加一拉伸载荷，测出复合材料粘接处的法向拉伸强度。
4.3I型开裂试验
聚合物基复合材料双悬臂梁（DoubleCantileverBeam,DCB）胶接试样的I型开裂试验是在预制裂纹的端部，垂直于粘接面的方向上，施加一拉伸载荷，使裂纹沿着胶层匀速扩展，测出复合材料粘接处的张开型（I型）的断裂韧性和峰值载荷。
4.4II型开裂试验
聚合物基复合材料弯曲梁（End-NotchedFlexure,ENF）胶接试样的II型开裂试验是采用三点弯曲试验方式，在试样的中部，垂直于粘接面的方向上，施加一压缩载荷，使裂纹沿着胶层匀速扩展，测出复合材料粘接处的滑开型（II型）的断裂韧性和峰值载荷。
4.5剥离试验
聚合物基复合材料弯曲胶接试样的弯曲试验是采用三点弯曲试验方式，在试样的中部，垂直于粘接面的方向上，施加一压缩载荷，测出复合材料弯曲胶接试样的弯曲强度和弯曲模量。
4.6耐久性试验
聚合物基复合材料胶接试样的耐久性试验是测试其在使用条件下长期保持性能的能力，
主要包括环境耐久性试验和疲劳试验。
复合材料胶接接头环境耐久性试验主要测试其在光照、温度、水分、湿热、盐雾等环境影响下的力学性能变化。
复合材料胶接接头疲劳试验主要测试其在重复受到载荷作用下的疲劳强度。
5试验设备
5.1微机控制电子万能试验机
试验机应该满足试验要求，并在整个试验过程中保持恒定的加载速率，试验机载荷误差
不应超过±1%。
试验机应配置一副可自动调心的夹具。
加载拉伸载荷时，夹具及其附件与试样无相对移动，保证试样长轴与施力方向一致，并与夹具中心线保持一致。
试验机使用吨位的选择应参照该机的说明书。
试验机定期经具有相应资格的计量部门进行校准。
注：
应避免夹具与胶接试样由螺栓固定产生附加的应力集中。
5.2疲劳试验机
试验机机架应具有足够的刚度和试验空间，便于装卸试样、试样夹具、附具以及试验机附件和标准测力仪。
试验机应能够产生正弦循环力，施加和卸载力的过程中应平稳，无冲击
和振动现象。
试验机应具有测力系统和力指示装置，能够实时连续地指示施加到试样上的力值。
试验机其他技术要求应符合JB/T9397-2013中第4章的规定。
5.3高低温环境箱试验箱的工作室内壁应由耐热且不易氧化和具有一定强度的材料制成。
试验箱的结构可以为两个单独的腔室或一个具有快速温度变化功能的腔室。
如果使用两个腔室，则其中一个用于低温，另外一个用于高温，而且应允许在规定时间内将试样从一个腔室转移到另一个腔室，可以使用手动或自动转移方法。
保温材料应能耐高温并具有阻燃性能。
保温层应能够保证试验箱外部易触及部位的温度在高温试验时不高于50C,在低温试验及环境温度为15C
~35C、相对湿度w85%时不应有凝露现象。
加热和制冷部件的热量和冷量不应直接辐射到试样上。
试验箱应具有测温系统，并能够显示温度数值，同时应设有观察窗和照明装置。
试验箱的使用条件应符合GB/T10592-2008中第4章的规定。
5.4湿热试验箱
试验箱的工作室内壁应由耐腐蚀材料制成，且表面易于清洁。
凝结水不允许滴落在工作空间内，且应连续排除，未经处理不得作为加湿用水。
试验箱应具有测温和测湿系统，并能
够显示温度和湿度数值，同时应设有观察窗和照明装置。
当进入高温高湿阶段后，每1min
测量工作室内所有温湿度点一次，并实时显示测量结果。
试验箱的使用条件应符合GB/T10586-2006中第4章的规定。
5.5盐雾试验箱
试验箱的工作室内壁应由耐盐雾腐蚀的材料制成。
试验箱内温度波动度不大于1C。
工
作室内的盐雾沉降率为（1.0~2.0）mL/（h•80cm2）o试验箱应设有盐雾沉降量指示装置。
喷
雾器产生的盐雾应微小分散、湿润、浓密，盐雾不应直接喷射到试样上。
试验箱应设有温度调节和指示装置。
试验箱的使用条件应符合GB/T10587-2006中第4章的规定。
6评价步骤
6.1试样
聚合物基复合材料胶接试样包括拉伸剪切试样、十字拉伸试样、I型开裂试样、II型开
裂试样和弯曲试样，试样的形状尺寸、制备和质量应符合T/CSAEXX-2的规定。
6.2胶接静态力学性能评价
试验条件应符合T/CSAEXX-3的规定。
聚合物基复合材料胶接的力学性能包括：
（a）拉伸剪切强度
（b）拉伸强度
（c）I型断裂韧性
（d）II型断裂韧性
（e）弯曲强度
6.3胶接耐久性评价
试验条件应符合T/CSAEXX-4的规定。
耐久性试验方法包括：
（a）温度特性试验
（b）热冲击试验
（c）温度/湿度循环试验
（d）湿热试验
（e）盐雾试验
（f）疲劳试验
附录A
（资料性附录）
胶接结构界面内聚力本构模型
A.1内聚力模型本构关系
材料内部的内聚力实质上是物质原子或分子之间的相互作用力，这个力与原子之间拉开
的距离有一定的关系，所以内聚力区域中裂纹面上的各向应力可以定义为裂纹尖端分离
位移的函数（图A.1），这个关系称为开裂界面上的张力位移关系，或称之为内聚力模型的本构关系，即
=f
开裂过程产生新的裂纹面所需要的能量称为断裂能释放率G，计算表达式为
G=dfd
图A.1裂纹尖端的内聚力区
对于不同的材料和界面形式，已经发展出多种内聚力本构关系，其中牵引分离法则（TSL）
是大多数本构关系的基础，常用的TSL模型有多项式关系（图A.2（a）所示）、指数关系（图
A.2（b）所示）、梯形关系（图A.2（C）所示）和双线性关系（图A.2（d）所示）。
图A.2典型的牵引分离TSL关系
A.2双线性内聚力模型
双线性法则是一种简单有效的内聚力本构模型，模型中应用的主要参数包括初始刚度、
各向最大应力值、临界张开最大位移和断裂能释放率，其中最重要的最大应力值和断裂能释
放率，当这两个参数确定时，内聚力模型的牵引分离曲线将基本确定，这是因为曲线的峰值
点是由最大应力值决定的，曲线的面积由断裂能释放率的数值决定。
图A.3给出了双线性本
构的具体关系。
内聚力单元的初始刚度K由界面材料的模量E和初始界面厚度t0决定，表
示为:
E
to
在内聚力模型的实际应用中，往往不是单一载荷作用，因此损伤初始准则需要考虑法向
n和两个切向s、t的混合破坏，将内聚力单元的正应变n和两个切应变s、t定义为:
当界面张开位移达到临界张开位移0时，应力取得最大值，如图89中点2位置所示;
随着界面张开位移的增加，内聚力单元按照退化系数d（或称为损伤因子）进行刚度退化，
到达界面开裂最大位移f时，内聚力单元完全失效。
图89中0-2-4围成的面积等于临界断
裂能释放率Gc，反映了界面开裂物理过程中裂纹的断裂韧性，因此可以通过i、n型开裂
-应变关系可以表示为:
实验获得界面的断裂能释放率。
内聚力单元在初始线性段的应力
Knn
Kss
Kt
（1d%
（1d）Kss
（1d）Kttt
图A.3双线性内聚力模型本构关系
A.3损伤初始准则
在界面开裂的有限元模拟中，一般采用基于强度理论的损伤初始阶段，包括基于应力和
基于应变的两大类，具体见表A.1o
表A.1内聚力损伤初始准则
损伤初始准则名称损伤初始准则表达式
A.4损伤演化准则
内聚力单元满足损伤初始判据后，将开始发生损伤演化，表现为界面层材料的刚度退化。
损伤演化常用以下基于能量的混合准则：
①Reeder准则
GcGicGeGJ（GmcGQ色（色耳）
GiiGmGiGiiGm
其中，Gi、Gii和Gm为三个方向的断裂能释放率，Gq、GHe和Gme为三个方向的临界
断裂能释放率，为幕因子，可以根据开裂试验的数据拟合获得。
这一准则中考虑了
GiicGiic的情况。
②二次幕指数准则
③B-K准则
在这一准则中认为第
切向和第二切向的临界断裂能释放率相等，即GiicGiiico
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