1. 复合材料与金属胶接连接特点

1.1次弯曲效应

所有使用搭接方法的胶合接口都会产生次级弯曲效果，这取决于它们的负载方法。常见的胶合连接部分的受力示意图如图1展示。无论是双搭接还是单搭接，传统的胶合连接，其负载中心和几何中心并未重合。以下将通过一个比较典型的单搭接胶接头来进行研究。

从图1可观察到，当胶接接头负载的时候，其负载的中心点会偏向几何中心。当它们遭遇到拉力负载，因为负载的中心点和胶层的几何中心点并未完全对齐，导致了连接部位的额外扭力，进而形成了一个次级扭力^【1】。这个次级扭力导致了胶层在承受剪切力的过程中，也要承担与胶层平面垂直的剥离压力，从而削弱了胶层的力学性质，并减少了其负载的能力。图1单搭接胶接接头受拉伸载荷示意图

1.2刚度和热膨胀系数的差异

金属胶和复合材料的连接刚度和热膨胀系数的不一致性涉及多个领域，包括金属和复合材料的不一致性，以及胶层和被粘结物的不一致性。通常情况下，胶层的固化温度会超过室温，当固化过程结束，当温度回落到室温时，其固化产生的热收缩会导致残余应力。在固化的过程中，胶层内部没有剩余的热应力。然而，当温度下降到室温，由于金属的热扩散系数超过了复合材料，所以，它的收缩率超过了复合材料。在胶层中，复合物能够抵抗金属的收缩，这会在胶层中产生残余应力。此外，其中的一部分是拉应力，另一部分是压应力。当复合物承受拉伸负荷时，因其轴向拉伸的刚性不及金属，所以在拉伸的方向上，复合物的变形会比金属更大。在剪切应力的方向上，复合物的两个端部的剪切应力略微偏高。因为外力和残余应力导致的剪切应力的方向是不同的，接触到金属的部分会出现减小的情况，然而，当接触到复合材料的部分时，残余应力和外力导致的剪切应力的方向是一致的，这两种因素的结合导致了应力的过度聚焦。

2. 提高复合材料/金属胶接结构承载能力的途径

2.1增大搭接长度和宽度

在其他因素保持稳定的前提下，扩展连接的长度或宽度，是一种有效的提升连接部位总体承重能力的策略。连接的长度的扩大会导致连接部位所能承受的拉伸负荷逐步增加，然而，当胶层损坏时，平均剪切应力却会相应减少。由于连接长度的扩大，胶层的承载面积也相应扩大，从而提升了其总体的承载力。然而，胶层端部的剪切应力并未随着连接长度的增加而减轻，胶层内的应力水平依然保持在较低的状态，因此，当胶层破裂时，其平均剪切应力却有所下降。研究结果指出，当连接区域的长宽比低于1时，连接部位的强度会随着连接长度的扩大而提升；然而，如果连接长度超过1，那么连接长度的扩大对连接部位强度的影响并不显著。

2.2选择合适的胶黏剂

接头的强度主要取决于胶黏剂的粘附能力以及其特性。这种能量来自于分子间的交互，它影响到胶黏剂与被粘结材料的表面粘结程度，并且这个过程还受到胶黏剂和被粘结材料的物理、化学反应的影响。胶黏剂的基础强度可通过其在剪切过程中的损伤程度来显示，所以，如何优化胶粘剂的性能，是至关重要的。在挑选胶黏剂时，须综合考量负载种类、被覆盖的材料以及应用场景，这其中还涵盖了诸如气候条件如温度、湿度等多个方面^【2】。一般来说，胶粘剂的剪切力不及金属、复合材料等被粘结的物质的剪切力。但是，如果粘结区域足够广，胶粘剂仍有很高的负荷力，导致金属出现塑性变化或复合材料受损。因此，在进行连接处的设计时，应该努力让胶层承受剪切力，充分利用其剪切负荷特性，以防止或降低胶层脱落应力的出现。

在进行接头设计的过程中，应考虑到其在使用过程中的受力变形状况，以选择具备适当的韧性和刚度的胶粘剂。这是因为接头的强度不只是由胶粘剂的剪切强度决定的，也与其韧性和刚度密切相关。一般来说，具有较高延展性的胶粘剂的剪切强度会相对较低。然而，将高韧性的胶粘剂应用于接头，可显著地平衡接头的应力分布并减少裂痕的扩散。在金属和复合材料的接头部位，由于粘结物的刚度不一致，导致了接头端部的应力过大。因此，一些研究人员根据这个特点，选择在接头的顶部使用更具弹性的胶粘剂，而在接头的中部则选择了刚度更强、弹性较弱的胶粘剂，这样就可让接头在高温和低温条件下都保持较高的承载力。

结语

目前，胶粘剂与粘合物的性质、几何大小、以及温度等因素是影响胶接接头强度的重点，而几何大小则涵盖了连接的长度和宽度、粘合物的厚度以及粘合物的肿块形态。这类研究不仅适用于所有情况，也可应用到复合材料或者金属的胶接接头。所以，当设计复合材料/金属的连接部位时，须全面地思考所有相关的要素，并依照被粘结的物体特性以及连接部位的工作条件来挑选最适宜的胶粘剂，随后，需对连接的各项参数做出恰当的调整。在复合材料/金属胶接接头的研究中，大部分都集中在金属板件的表面处理上。然而，由于金属与复合材料的刚度和热膨胀系数的差异引发的一连串问题以及相应的解决方案，相关的研究资料却相对匮乏，这需深入研究。

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