复合材料胶-螺混合单搭连接结构的胶层切应力分布

张圣; 朱福先; 胡可军; 张坤龙; 张振

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.013

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复合材料胶-螺混合单搭连接结构的胶层切应力分布

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2026-07-17

- 复合材料胶-螺混合单搭连接结构的胶层切应力分布
- Shear stress distribution in the adhesive layer of composite hybrid bonded-bolted single-lap joint structure
- 机械强度 2026年48卷第7期页码：110-119
- 作者机构：
  
  1.江苏理工学院材料工程学院，常州 213001
  2.中国机械总院集团江苏分院有限公司，常州 213164
- 作者简介：
  
  张圣，男，1999年生，浙江宁波人，硕士研究生；主要研究方向为轻量化设计与分析；E-mail：1196611324@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52075232);常州市重点研发计划项目(CE20230039)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.013
  中图分类号： TB332
- 收稿：2024-10-22，
  
  修回：2024-12-11，
  
  网络首发：2026-07-17，
  
  纸质出版：2026-07-15
- 稿件说明：
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张圣，朱福先，胡可军，等. 复合材料胶-螺混合单搭连接结构的胶层切应力分布［J］. 机械强度，2026，48（7）：110-119.

Zhang Sheng，Zhu Fuxian，Hu Kejun，et al. Shear stress distribution in the adhesive layer of composite hybrid bonded-bolted single-lap joint structure［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：110-119.
张圣，朱福先，胡可军，等. 复合材料胶-螺混合单搭连接结构的胶层切应力分布［J］. 机械强度，2026，48（7）：110-119. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.013.

Zhang Sheng，Zhu Fuxian，Hu Kejun，et al. Shear stress distribution in the adhesive layer of composite hybrid bonded-bolted single-lap joint structure［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（7）：110-119. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.07.013.

摘要

目的

针对复合材料胶-螺混合单搭连接结构胶层失效问题，建立胶层切应力解析模型，为连接结构强度设计与失效防控提供参考。

方法

首先，基于胶接结构切应力计算公式与双弹簧模型，推导胶-螺混合连接结构胶层切应力解析公式，计算螺栓反作用力，提出胶层切应力计算方法；其次，参照ASTM D5961标准制备碳/玻混杂复合材料试样，开展拉伸试验，获取载荷-位移曲线；然后，采用Abaqus软件建立有限元模型，引入渐进损伤模型与内聚力模型，模拟结构失效过程；最后，对比理论计算、试验与仿真结果，验证模型准确性并分析胶层切应力分布规律。

结果

结果表明，胶-螺混合单搭连接结构承载分为胶层承载、胶层失效、纯螺栓承载3个阶段；胶层切应力呈两端高、中间低的U形分布；胶层失效从两端向中间逐步扩展；有限元仿真与试验最大失效载荷误差小于3.3%，解析模型计算结果与仿真结果吻合良好。

Abstract

Objective

Adhesive layer failure frequently occurs in composite bonded-bolted hybrid single-lap joint structures. An analytical model for shear stress in the adhesive layer was established to provide reference for strength design and failure prevention of joint structures.

Methods

Firstly

an analytical formula for shear stress in the adhesive layer of hybrid bonded-bolted joints was derived based on the shear stress calculation formula of adhesive structures and the double spring model

and bolt reaction forces were calculated to propose a calculation method for adhesive layer shear stress. Secondly

carbon/glass hybrid composite specimens were fabricated according to ASTM D5961 standard

and tensile tests were carried out to obtain load-displacement curves. Then

a finite element model was established by Abaqus software

and progressive damage model and cohesive zone model were introduced to simulate the structural failure process. Finally

theoretical calculation

test and simulation results were compared to verify the model accuracy and analyze the shear stress distribution law of the adhesive layer.

Results

The results show that the loading process of composite bonded-bolted hybrid single-lap joint structures can be divided into three stages: adhesive layer bearing stage

adhesive layer failure stage and pure bolt bearing stage. The shear stress distribution of the adhesive layer presents a U-shape with high values at both ends and low value in the middle. The adhesive layer failure expands gradually from both ends to the middle. The error of maximum failure load between finite element simulation and test is less than 3.3%

and the calculation results of the analytical model are in good agreement with the simulation results.

关键词

Keywords

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