金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為研究進(jìn)展

夏開心，龔愉，單澤宇，亓新新，黃偉，王啟興，趙麗濱,3,5,6

金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為研究進(jìn)展

夏開心1，龔愉2，單澤宇2，亓新新3*，黃偉4，王啟興4，趙麗濱1,3,5,6

（1.北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100191；2.重慶大學(xué) 航空航天學(xué)院，重慶 400044；3.河北工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300401；4.湖北航天飛行器研究所，武漢 430000；5.先進(jìn)智能防護(hù)裝備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300401；6.河北省跨尺度智能裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300401）

從加速老化試驗(yàn)方法、膠接結(jié)構(gòu)老化規(guī)律研究以及界面脫黏數(shù)值模擬3個(gè)方面回顧了過去對(duì)于膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為的相關(guān)研究。重點(diǎn)介紹了模擬老化的各類人工加速試驗(yàn)方法，常用的針對(duì)老化加速試驗(yàn)的壽命評(píng)估模型，以及膠接結(jié)構(gòu)老化后材料性能退化的規(guī)律研究。還介紹了采用虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）、內(nèi)聚力模型（CZM）以及漸近損傷方法（PDM）模擬結(jié)構(gòu)脫黏行為的研究現(xiàn)狀。最后，對(duì)膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為的研究進(jìn)行了總結(jié)與展望。

復(fù)合材料；膠黏劑；膠接結(jié)構(gòu)；老化脫黏；貯存延壽；性能退化

導(dǎo)彈武器一般多含殼體結(jié)構(gòu)，為了保證導(dǎo)彈外形的光滑，所使用的金屬與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)之間的連接普遍采用膠接形式[1-2]。由于導(dǎo)彈武器不同部位的功能性差異，膠接結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料種類較多。例如用于整流罩或高負(fù)荷部位的玻璃鋼復(fù)合材料，用于艙體、翼面及發(fā)動(dòng)機(jī)殼等輕質(zhì)需求部位的碳纖維復(fù)合材料，以及用于熱導(dǎo)流板等耐高溫部位的陶瓷基復(fù)合材料等[3]。另外，基于裝備膠接部位具體需求不同，已經(jīng)開發(fā)了許多不同類型的膠黏劑。例如具有耐高溫性能的環(huán)氧膠黏劑、酚醛樹脂膠黏劑及有機(jī)硅膠膠黏劑，具有耐低溫性能的有聚氨酯膠黏劑等[4-5]。不同的材料和膠黏劑組合形成了豐富的膠接形式。

導(dǎo)彈武器通常需要滿足長(zhǎng)期貯存需求，但是在貯存過程中，會(huì)面臨長(zhǎng)期環(huán)境的老化作用[6]。長(zhǎng)期貯存后的部件會(huì)出現(xiàn)諸如掉漆、金屬銹蝕以及金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)局部脫黏等老化損傷現(xiàn)象，其中局部膠接脫黏為主要失效形式[7]。一方面，由于不可避免的先天加工缺陷，膠接結(jié)構(gòu)會(huì)由于制造、工藝等因素導(dǎo)致各類先天性損傷，例如孔洞、氣泡、裂紋以及膠富集等，這些加工缺陷往往是后續(xù)膠接結(jié)構(gòu)經(jīng)歷環(huán)境老化后出現(xiàn)損傷的源頭[8]。另一方面，金屬和復(fù)合材料之間的剛度差異較大，膠接結(jié)構(gòu)在高溫高壓固化制造環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是后續(xù)黏結(jié)界面裂紋擴(kuò)展的重要驅(qū)動(dòng)力之一[9]，以上這些因素共同導(dǎo)致了膠接結(jié)構(gòu)的脫黏行為。

殘余應(yīng)力一般受制造工藝的影響，通過改進(jìn)固化或黏接工藝可以減小殘余應(yīng)力。老化作用主要受貯存環(huán)境的影響，因此不可控因素更多[10]。脫黏會(huì)極大地影響膠接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，并進(jìn)一步影響導(dǎo)彈武器的使用性能。為了深入了解界面脫黏對(duì)膠接結(jié)構(gòu)的性能影響，掌握膠接結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存老化后的失效機(jī)理，研究人員已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了大量研究。本文對(duì)金屬-復(fù)材膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和梳理，主要包含3個(gè)部分，第1部分介紹了適用于膠接結(jié)構(gòu)的老化試驗(yàn)方法，重點(diǎn)闡述了目前較多應(yīng)用的加速老化試驗(yàn)方法以及壽命評(píng)估模型；第2部分概述了復(fù)合材料及膠黏劑老化行為規(guī)律的相關(guān)研究；第3部分介紹了目前可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)脫黏的先進(jìn)數(shù)值方法。

1 膠接結(jié)構(gòu)老化的試驗(yàn)方法

金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)是武器導(dǎo)彈的基本結(jié)構(gòu)，為了評(píng)估經(jīng)歷長(zhǎng)期貯存以及老化作用后武器中的材料及界面性能的退化，需要開展同等老化作用效果下的材料級(jí)老化加速試驗(yàn)，以掌握武器導(dǎo)彈膠接結(jié)構(gòu)同等材料和界面在經(jīng)歷老化后的剩余強(qiáng)度和性能[11]。

1.1 試驗(yàn)原理及流程

由于采用常規(guī)自然老化試驗(yàn)所消耗的時(shí)間成本較大[12]，因此衍生出了一系列的加速貯存老化試驗(yàn)。加速貯存老化試驗(yàn)是加速壽命試驗(yàn)的一種類型[13]，可以用于研究導(dǎo)彈武器貯存老化問題。

加速貯存老化試驗(yàn)可以提前獲取材料乃至整體結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷和自然老化環(huán)境同等作用效果后的性能變化，由此了解和掌握導(dǎo)彈武器老化后的材料缺陷或薄弱結(jié)構(gòu)部位，之后進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)，以達(dá)到武器延壽目的。吳明強(qiáng)等[14]提出了一個(gè)加速老化試驗(yàn)設(shè)計(jì)的流程，包括：文獻(xiàn)調(diào)研；失效機(jī)理及失效模式分析；根據(jù)老化因素確定使用應(yīng)力及最大應(yīng)力；根據(jù)老化模型建立加速應(yīng)力-壽命關(guān)系；確定加速試驗(yàn)類型；完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)。該流程基本涵蓋設(shè)計(jì)加速試驗(yàn)的所有環(huán)節(jié)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)方法主要有自然老化、人工加速老化2種方法。自然老化是完全依靠自然環(huán)境對(duì)材料或結(jié)構(gòu)施加老化條件，但試驗(yàn)周期長(zhǎng)、環(huán)境條件無法控制。另一種較為可控的為人工加速老化試驗(yàn)方法，目前已經(jīng)發(fā)展出了眾多人工老化方法，例如熱老化、臭氧老化、光老化、人工氣候老化、生物老化、高能輻射和電老化以及化學(xué)介質(zhì)老化等[15]。考慮到導(dǎo)彈武器貯存隔絕了外部大環(huán)境中普遍存在的太陽輻射、鹽霧等大部分環(huán)境因素，導(dǎo)彈武器在貯存過程中所能接觸到的老化環(huán)境因素主要為溫度和濕度[16]。因此，本文將著重介紹涉及這2方面的加速老化試驗(yàn)方法。

1.2.1 熱空氣加速老化法

熱空氣加速老化法是較早出現(xiàn)的加速老化試驗(yàn)方法之一[17]。熱是導(dǎo)致高分子材料發(fā)生老化的主要因素之一，隨著溫度升高，膠黏劑或復(fù)合材料基體的內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇，加速了聚合物的降解過程。多數(shù)熱空氣老化試驗(yàn)在油浴烘箱中進(jìn)行，也可以在電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)進(jìn)行，材料或結(jié)構(gòu)暴露于箱內(nèi)，定期取樣進(jìn)行測(cè)試，以獲取老化后的剩余強(qiáng)度或力學(xué)性能變化規(guī)律，從而有效評(píng)估材料或結(jié)構(gòu)經(jīng)歷對(duì)應(yīng)環(huán)境老化后的性能薄弱點(diǎn)，以及正常服役時(shí)的使用壽命[18]。

歐陽飛等[19]使用熱空氣加速老化法測(cè)得了航空發(fā)動(dòng)機(jī)密封材料氟橡膠和氟醚橡膠在不同高溫及老化時(shí)間條件下的貯存性能，以壓縮后永久變形率不超過10%為壽命判斷指標(biāo)，老化溫度分別選取250、200、180、160 ℃，以最長(zhǎng)224 d老化時(shí)間為準(zhǔn)，中間取樣間隔不少于5次，高溫加速老化數(shù)據(jù)可用于計(jì)算壽命模型參數(shù)，進(jìn)而預(yù)測(cè)氟橡膠和氟醚橡膠在常溫下的貯存壽命分別為8.3、20.1 a。熱空氣加速老化法一般以恒定溫度控制作為加速老化的手段，不能反映溫度交變、濕度、光照等環(huán)境因素的老化效應(yīng)，因此該方法不太適用于服役環(huán)境較為復(fù)雜產(chǎn)品的老化加速試驗(yàn)。

1.2.2 溫度交變老化試驗(yàn)

高溫可以加速膠黏劑高分子鏈的運(yùn)動(dòng)速率，低溫則可以導(dǎo)致高分子膠黏劑產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，高低溫交變導(dǎo)致膠黏劑發(fā)生高分子鏈的斷裂，發(fā)生老化降解。另外，此類熱循環(huán)會(huì)使得復(fù)合材料層壓板中產(chǎn)生裂紋，并且在氧化環(huán)境中，裂紋會(huì)加速進(jìn)行擴(kuò)展[20]。

高低溫交變老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)高分子材料耐溫性能的常用老化試驗(yàn)方法[21]，通常在溫度交變老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行。高低溫交變一般為從某一溫度1（一般為室溫）以恒定的升溫速率升溫至某一溫度2，維持2溫度一定時(shí)間，然后以恒定的降溫速率，降溫降至某一溫度3，維持3溫度一定時(shí)間，然后升溫至1，此為1個(gè)溫度循環(huán)[22]，如圖1所示。循環(huán)周期長(zhǎng)短，可根據(jù)具體試驗(yàn)要求而定。

圖1 交變溫度循環(huán)

張春雷等[22]針對(duì)碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料制成的芯棒進(jìn)行了高低溫老化研究，溫度范圍為–60～150 ℃，–60 ℃持續(xù)保溫8 h，150 ℃下持續(xù)保溫8 h，23 h為1個(gè)周期。最長(zhǎng)進(jìn)行了50個(gè)周期老化后的強(qiáng)度試驗(yàn)表明，芯棒的整體力學(xué)性能變化不明顯，但抗彎和抗沖擊能力均減弱。Qin等[23]使用溫度交變老化試驗(yàn)研究了CFRP/鋁膠接接頭的老化后失效規(guī)律，溫度范圍為–40～80 ℃，–40 ℃持續(xù)保溫3 h，80 ℃下持續(xù)保溫4 h，升降溫度速率均為40 ℃/h，每12 h為1個(gè)循環(huán)，持續(xù)老化或取樣時(shí)間為0、5、10、15 d。老化后的靜載測(cè)試結(jié)果表明，接頭的破壞強(qiáng)度在老化5 d后下降約23.5%，老化10、15 d后失效強(qiáng)度分別降低約26.5%和30.5%。

溫度交變老化試驗(yàn)?zāi)軌蚍从橙找购图竟?jié)變化等老化效應(yīng)，但由于不同膠接接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求不同，在加速試驗(yàn)后的評(píng)估壽命階段，需要給出一個(gè)具體的壽命判斷標(biāo)準(zhǔn)才可預(yù)測(cè)接頭服役壽命，例如強(qiáng)度下降多少時(shí)接頭不再滿足服役期強(qiáng)度要求等。

1.2.3 濕熱老化試驗(yàn)

濕熱老化試驗(yàn)是評(píng)價(jià)膠黏劑及基體材料在高濕、高溫環(huán)境下耐老化性能有效且被廣泛使用的試驗(yàn)方法[24–26]。在高濕度環(huán)境下，水分能夠滲透到高分子材料內(nèi)部，導(dǎo)致高分子材料發(fā)生溶脹，部分親水性基團(tuán)發(fā)生水解，導(dǎo)致高分子材料發(fā)生老化降解。另外，水分滲入到高分子材料內(nèi)部，還能夠?qū)е赂叻肿硬牧蟽?nèi)部的添加劑（如增塑劑、配合劑以及其他物質(zhì)）的溶解與遷移，影響高分子材料的力學(xué)性能[27]。在高熱的作用下，高分子鏈的運(yùn)動(dòng)加劇，分子間作用力減小，促進(jìn)了水分的滲透作用，加速了高分子材料的降解。濕熱老化試驗(yàn)通常在濕熱老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，溫度和濕度可以根據(jù)試驗(yàn)要求自行設(shè)定。

Mu等[28]研究了CFRP-鋁合金膠接接頭的在經(jīng)歷濕熱加速老化試驗(yàn)后的失效載荷變化，濕熱老化環(huán)境設(shè)置為80 ℃及95%相對(duì)濕度，老化時(shí)間分別為0、10、20、30、40、50、60 d，老化后進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗(yàn)。為了建立了人工加速老化與自然老化之間的等效關(guān)系，他們通過定量分析接頭強(qiáng)度與傅里葉變換后紅外波段吸光強(qiáng)度之間的關(guān)系，提出了一個(gè)濕熱老化接頭失效載荷預(yù)測(cè)方法，并成功預(yù)測(cè)了真實(shí)服役情況下的失效載荷。

由于導(dǎo)彈武器一般具有日常庫(kù)房貯存、戰(zhàn)備值班掛載的特點(diǎn)，因此會(huì)經(jīng)歷一定的溫濕度的環(huán)境變化，以及不同地區(qū)溫濕度差異的環(huán)境老化特點(diǎn)。濕熱老化試驗(yàn)?zāi)軌蚍从硿囟群蜐穸入p重環(huán)境耦合老化作用，適用于大多數(shù)膠接部位接頭的貯存老化壽命加速評(píng)估試驗(yàn)。

1.3 加速老化壽命評(píng)估模型

使用加速老化試驗(yàn)對(duì)自然貯存狀態(tài)下的膠接接頭進(jìn)行壽命評(píng)估，需要使用壽命評(píng)估模型。目前進(jìn)行老化研究時(shí)最常采用且最基礎(chǔ)的壽命評(píng)估模型是Arrhenius模型[29]，該模型表達(dá)式為：

式中：為壽命尺度；為熱力學(xué)溫度，；、為待定參數(shù)（＞0）。

可以看出，上述Arrhenius壽命模型應(yīng)用范圍主要集中于和溫度相關(guān)的老化問題，當(dāng)老化作用為非單一溫度影響時(shí)，可以考慮使用Eyring模型。Eyring壽命模型應(yīng)用范圍主要集中于和濕度相關(guān)的老化問題，該模型表達(dá)式為：

式中：可以是與相對(duì)濕度相關(guān)的應(yīng)力值；、為待定參數(shù)。根據(jù)導(dǎo)彈武器的貯存特點(diǎn)，相關(guān)部位的金屬-復(fù)合材料的膠接結(jié)構(gòu)老化過程主要受到濕度和溫度的聯(lián)合影響。由于Arrhenius模型主要考慮與溫度相關(guān)，Eyring模型主要考慮與濕度相關(guān)，因此可將以上兩模型相結(jié)合[30]，得到下列濕熱老化壽命模型：

式中：、分別為相對(duì)濕度和熱力學(xué)溫度，其余均為常數(shù)。

基于Arrhenius模型，還進(jìn)一步衍生出適用于各類受老化作用影響，材料性能隨老化時(shí)間衰減的復(fù)合模型，這些評(píng)估模型對(duì)不同材料老化壽命評(píng)估的適用性還有待進(jìn)一步討論。例如袁立明等[31]提出了通過考慮老化損傷因子來評(píng)估纖維增強(qiáng)橡膠基密封材料的壽命評(píng)估模型。Paeglis[32]提出了一個(gè)考慮分?jǐn)?shù)應(yīng)變能的Arrhenius復(fù)合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停渲蟹謹(jǐn)?shù)應(yīng)變能定義為老化材料與未老化材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率之比。黃偉等[33]還借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)了塑料經(jīng)歷自然老化后的壽命。

除此之外，基于高分子有機(jī)材料的黏彈性特性，同一力學(xué)松弛現(xiàn)象可以同時(shí)在高溫短時(shí)間和低溫長(zhǎng)時(shí)間的條件下觀測(cè)到，這一現(xiàn)象被稱為時(shí)溫等效原理[34]。該原理可用于研究高分子有機(jī)材料的老化壽命評(píng)估。例如付建農(nóng)等[35]基于時(shí)溫等效原理測(cè)得了不同溫度下高分子材料聚砜的應(yīng)力松弛曲線，通過提高溫度實(shí)現(xiàn)了時(shí)間加速效果，以此獲得完整長(zhǎng)時(shí)間線內(nèi)材料的應(yīng)力松弛結(jié)果。梁俊怡[36]基于時(shí)溫等效原理研究了不同溫度和時(shí)間等效條件下瀝青材料的老化后性能，通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高溫度和縮短時(shí)間后的老化試驗(yàn)組和對(duì)照組的老化效果等效，例如163 ℃、1 h和120 ℃、5 h等效，作者建議使用高溫條件，以節(jié)約時(shí)間成本。史志翔等[37]使用時(shí)溫等效原理和Arrhenius模型，結(jié)合高溫加速揮發(fā)試驗(yàn)預(yù)測(cè)了聚丙烯常溫下的長(zhǎng)期老化揮發(fā)有機(jī)物含量問題。

2 膠接結(jié)構(gòu)老化規(guī)律研究

導(dǎo)彈武器的金屬-復(fù)合材料的膠接結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷貯存后的老化失效中，除了少部分的金屬銹蝕脫漆，最普遍的失效模式為脫黏失效，脫黏主要和復(fù)合材料以及膠黏劑的性能退化相關(guān)，因此需要重點(diǎn)關(guān)注復(fù)合材料和膠黏劑的老化行為[38]以及膠接結(jié)構(gòu)整體的老化行為。

2.1 復(fù)合材料的老化

復(fù)合材料的老化涉及到許多因素[39]，例如溫度、濕度、紫外線、持續(xù)應(yīng)力、酸堿環(huán)境等，這些因素會(huì)影響基體、增強(qiáng)填料和聚合物-填料界面的狀態(tài)，從而間接或直接地影響復(fù)合材料的力學(xué)性能[40-41]。最早對(duì)老化行為的研究集中于玻璃、塑料等高分子材料[42]，后來由于復(fù)合材料的大規(guī)模使用，便逐漸開始了對(duì)復(fù)合材料的老化研究。

一般情況下，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有耐熱性，在–30～60 ℃內(nèi)，短期溫度變化不會(huì)發(fā)生不可逆的影響，而長(zhǎng)期熱老化則會(huì)導(dǎo)致化學(xué)成分的改變，復(fù)合材料性能發(fā)生不可逆影響。Barjasteh等[43]對(duì)玻璃纖維/碳纖維混合復(fù)合材料的熱老化研究表明，復(fù)合材料會(huì)由于熱老化發(fā)生質(zhì)量損失，損失程度取決于溫度。另外，有文獻(xiàn)[44]研究表明，熱老化還導(dǎo)致了復(fù)合材料表皮收縮和密度增加，這促進(jìn)了拉伸內(nèi)應(yīng)力和裂紋的出現(xiàn)。Fan等[45]在90、120、150 ℃的空氣循環(huán)烘箱中進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)13 d的碳纖維層壓環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層板的熱老化研究，為了對(duì)比還研究了純樹脂樣品。結(jié)果顯示，兩者彎曲強(qiáng)度和模量均隨老化時(shí)間快速下降，且純樹脂試樣的下降程度和速率大于復(fù)合材料。以初始強(qiáng)度的80%作為壽命判斷標(biāo)準(zhǔn)，使用Arrhenius模型評(píng)估了該復(fù)合材料的常溫工作壽命約為14 a，復(fù)合材料熱老化后的抗彎強(qiáng)度和彎曲模量保持率均大于純樹脂，因此復(fù)合材料的彎曲性能在很大程度上由基體材料控制。Akay等[46]對(duì)碳纖維增強(qiáng)雙馬來酰胺在210、230、250 ℃的烘箱中長(zhǎng)達(dá)2 000 h的熱老化研究表明，復(fù)合材料的彎曲和層間剪切強(qiáng)度下降了60%，熱老化引起了微裂紋的產(chǎn)生，主要原因是纖維和樹脂的熱膨脹系數(shù)不匹配。另外，纖維/基體脫黏和微裂紋的存在還會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)熱氧反應(yīng)[47-49]，從而加劇熱老化對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的弱化作用。

濕熱效應(yīng)是導(dǎo)彈武器在貯存中影響復(fù)合材料老化的一大主要耦合老化因素，大多數(shù)研究均表明，濕熱耦合老化作用比單一熱老化或濕老化的破壞作用更大。張武昆等[50]對(duì)濕老化、濕熱老化后的開孔板壓縮強(qiáng)度及失效機(jī)理進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明，壓縮強(qiáng)度在濕、濕熱老化后均有所下降，且后者環(huán)境作用下的壓縮強(qiáng)度下降更顯著。數(shù)值研究表明，濕熱作用下開孔板的壓縮失效面積更大，且失效模式顯著不同于正常干態(tài)和單獨(dú)濕環(huán)境作用。Shan等[51-52]對(duì)不同濕熱環(huán)境下鋁-CFRP接頭的失效機(jī)理研究表明，濕熱環(huán)境會(huì)大大縮短損傷的擴(kuò)展過程，并降低接頭的強(qiáng)度，還加劇了單搭接接頭的二次彎曲效應(yīng)。此外，基于傳統(tǒng)特征曲線，還建立了考慮濕熱效應(yīng)的特征曲線，該曲線可用于預(yù)測(cè)復(fù)合材料接頭在任何濕熱環(huán)境下的失效情況。顯然，溫度對(duì)水的負(fù)面老化作用具有促進(jìn)作用，Mourad等[53]對(duì)玻璃/聚氨酯復(fù)合材料的濕老化和濕熱老化對(duì)比研究可以證實(shí)這一點(diǎn)，玻璃/聚氨酯復(fù)合材料在室溫下暴露于海水1 a后的拉伸強(qiáng)度降低19%，但在65 ℃下暴露1 a后降低了31%。Santhosh等[54]以及張?jiān)滦赖萚55]的研究還表明，老化溫度越高，復(fù)合材料的吸水率和水的擴(kuò)散速度越快。另外有研究也指出，濕熱老化后，復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度也受其他因素控制。如高超干[15]研究了不同鋪層下樹脂基復(fù)合材料的濕熱老化行為，發(fā)現(xiàn)在同樣的老化溫度條件下，對(duì)于單向板和正交層壓板中，3種不同的鋪層試件在相同的老化溫度下具有一致的吸濕率，但90°單向板的剩余強(qiáng)度下降率最大。研究還表明，無論是自然還是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的老化，單向復(fù)合材料層壓板的彎曲強(qiáng)度的下降均遵循古尼耶夫公式。另外，張?jiān)滦赖萚55]對(duì)碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料的老化研究表明，層合板吸濕后會(huì)發(fā)生溶脹，低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的濕熱環(huán)境會(huì)極大影響斷裂樣貌，但對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度影響不大。Earl等[56]通過較長(zhǎng)時(shí)間的老化研究發(fā)現(xiàn)，即使低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，濕熱老化最終也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度g的變化。高溫固化的E-玻璃/凱夫拉增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在60 ℃的濕熱老化環(huán)境下暴露285 d，g下降了10%～12%，而低溫固化E-玻璃增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的g提高了6%～7%，如圖2所示。另外，Mourad等[53]對(duì)比研究了玻璃/環(huán)氧樹脂和玻璃/聚氨酯復(fù)合材料在海水浸泡條件下的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)由于后固化效應(yīng)，玻璃/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度在長(zhǎng)期濕或濕熱環(huán)境老化的初始階段有所增加，分別在常溫條件下浸泡6個(gè)月以及在65 ℃浸泡3個(gè)月后，拉伸強(qiáng)度均有所提高，但在老化后期階段均下降，如圖3所示。

圖2 濕熱老化對(duì)不同復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響[56]

圖3 玻璃/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料老化后拉伸強(qiáng)度變化[53]

此外，不同的成形工藝也會(huì)影響復(fù)合材料的老化性能。Dai等[57]研究了不同加工方法的復(fù)合材料桿的抗老化性能，結(jié)果表明，拉擠工藝制成的玻璃鋼復(fù)合材料具有最佳的抗老化性能。

溫度和濕度對(duì)復(fù)合材料有顯著影響，從而影響金屬-復(fù)合材料膠接接頭的穩(wěn)定性。濕熱老化后，復(fù)合材料的性能退化可歸因于高溫引起的基體熱氧化和水分子引起的基體塑化[58]，但后者比前者更容易觀察，因?yàn)榇蠖鄶?shù)復(fù)合材料的模量在濕熱老化后降低，破壞應(yīng)變?cè)黾覽59-60]。另外，當(dāng)水分子進(jìn)入纖維/基體的界面，會(huì)導(dǎo)致基體膨脹，從而破壞界面的鍵合，受載后發(fā)生纖維撕裂失效[61-62]。當(dāng)濕度和溫度老化效應(yīng)結(jié)合起來時(shí)，濕熱老化最為顯著的失效機(jī)理是高溫促進(jìn)了水的擴(kuò)散，溫度的升高會(huì)減少?gòu)?fù)合材料吸濕率達(dá)到平衡的時(shí)間。Scida等[63]認(rèn)為，該促進(jìn)作用主要通過兩方面，老化溫度的升高使得基質(zhì)膨脹和水分蒸發(fā)加速。另外有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明[59,64]，最大吸水率與老化溫度還成正比。因此，未來應(yīng)著重收集“溫度-濕度-時(shí)間-強(qiáng)度”此類綜合數(shù)據(jù)，以掌握溫度和濕度隨老化時(shí)間對(duì)復(fù)合材料性能的耦合影響。

通過訪談得知，部分學(xué)員的急性訓(xùn)練傷得不到及時(shí)有效的處理，甚至日積月累成了慢性損傷，嚴(yán)重影響到日常訓(xùn)練。比如說部分學(xué)員腳踝受傷后基本上就是一瓶紅花油、幾貼膏藥了事，根本不能達(dá)到藥到病除的效果，一傷就能傷幾個(gè)月，使得學(xué)員對(duì)門診部失去了信心，寧愿疼著都不去看醫(yī)生。部分學(xué)員的慢性損傷也不能得到有效救治，帶病參訓(xùn)的學(xué)員不在少數(shù)，帶病參訓(xùn)一方面增加了發(fā)生訓(xùn)練損傷的風(fēng)險(xiǎn)，一方面增加了學(xué)員對(duì)訓(xùn)練的抵觸情緒，不利于教學(xué)訓(xùn)練的展開。因此，學(xué)校要加強(qiáng)醫(yī)務(wù)監(jiān)督的力度，做好衛(wèi)生保障工作，提供讓學(xué)員滿意的醫(yī)療保障服務(wù)。

2.2 膠黏劑的老化

膠黏劑的老化也是導(dǎo)致膠接結(jié)構(gòu)脫黏的重要因素，以大規(guī)模應(yīng)用的環(huán)氧樹脂膠黏劑為例，此類膠黏劑具有較高的透明度。膠黏劑老化后的性能會(huì)極大地影響膠黏劑本身的黏結(jié)強(qiáng)度，以及膠接接頭受載后的力學(xué)行為。

單一熱老化作用于膠黏劑的主要機(jī)制是發(fā)生熱氧化反應(yīng)。Long等[65]對(duì)環(huán)氧樹脂的研究表明，熱老化主要發(fā)生在環(huán)氧的外表面，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受影響，熱老化環(huán)氧樹脂由老化表層和未老化內(nèi)層組成了表皮-核心結(jié)構(gòu)。其他文獻(xiàn)[66]也觀察到了類似的結(jié)構(gòu)。Li等[67]和Long等[65]研究表明，熱老化的主要機(jī)理是高分子鏈的斷裂和交聯(lián)反應(yīng)。Yang等[66]研究了環(huán)氧體系膠黏劑在30～130 ℃下老化160 d的性能，在后固化和熱老化過程中，分子鏈結(jié)構(gòu)將被重新排列，導(dǎo)致更密集的交聯(lián)反應(yīng)。Xu等[68]還發(fā)現(xiàn)，15 d的單一熱老化導(dǎo)致的后固化作用還使得環(huán)氧膠黏劑的g有所上升。由于此類后固化對(duì)于膠黏劑的力學(xué)性能有顯著的改善，因此可以被視作抗老化的一個(gè)過程[69]。

對(duì)于濕熱老化，由于膠黏劑易受水分影響，吸水后會(huì)膨脹，膠黏劑內(nèi)部和外部之間的不均勻膨脹會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生[70]，而熱會(huì)促進(jìn)水的擴(kuò)散，并影響膠黏劑的吸水率[71]。Fata等[72]對(duì)環(huán)氧體系膠黏劑的熱老化及水熱老化行為的研究表明，水熱老化能夠顯著改變環(huán)氧體系膠黏劑的化學(xué)特性。水分會(huì)導(dǎo)致膠黏劑分子鏈的斷裂而產(chǎn)生裂紋，裂紋反過來進(jìn)一步加劇水分?jǐn)U散[73]。李亞豐等[74]對(duì)環(huán)氧樹脂的濕熱老化研究表明，水分導(dǎo)致的基體塑化降低了基體的g，溫度升高加速了膠黏劑的吸濕過程。李傳習(xí)等[75]研究了加速濕熱老化作用后納米增韌環(huán)氧膠黏劑的力學(xué)性能，研究發(fā)現(xiàn)，常溫和高溫濕熱老化作用會(huì)分別使得膠黏劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下降和升高，而對(duì)應(yīng)的膠接接頭的載荷極限隨老化時(shí)間的增加而下降。高巖磊等[76]對(duì)環(huán)氧樹脂膠黏劑老化后的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，隨著熱氧老化中的老化溫度升高，膠接接頭測(cè)得的膠黏劑剪切強(qiáng)度均先提高再下降，且下降趨勢(shì)在溫度較高時(shí)更加明顯，這一后固化現(xiàn)象對(duì)性能的提高與復(fù)合材料中的所受的影響表現(xiàn)類似[53]。

除濕熱效應(yīng)外，膠黏劑受紫外線照射環(huán)境老化作用影響較為顯著。云梁等[77]的研究表明，環(huán)氧樹脂膠黏劑在紫外線環(huán)境老化作用下會(huì)出現(xiàn)甲基/亞甲基和酯/醚基向羧基轉(zhuǎn)變。不同基團(tuán)特征峰面積的下降和上升趨勢(shì)均較為明顯（如圖4所示），對(duì)外特征表現(xiàn)為環(huán)氧樹脂膠黏劑顏色逐漸加深變黃。劉斯文[78]的研究表明，不同固化劑下的環(huán)氧膠黏劑在紫外/溫度交變老化環(huán)境下，拉伸極限載荷和強(qiáng)度均隨老化時(shí)間表現(xiàn)出先上升后下降再上升的波動(dòng)趨勢(shì)。

圖4 老化時(shí)間對(duì)膠黏劑各基團(tuán)特征峰面積變化率的影響[77]

大多數(shù)金屬-復(fù)合材料膠接接頭使用的樹脂膠黏劑和復(fù)合材料樹脂組分類似，但膠黏劑受環(huán)境老化的直接性能影響相較于復(fù)合材料更為顯著[45]。對(duì)于熱老化環(huán)境，盡管短期的后固化有助于提高膠黏劑性能，但長(zhǎng)期的熱老化會(huì)使得膠黏劑的化學(xué)鏈斷裂，從而導(dǎo)致黏結(jié)性能退化，引發(fā)內(nèi)聚失效或黏結(jié)界面失效，最終影響膠接接頭的穩(wěn)定性[66]。在濕熱老化環(huán)境下，高溫會(huì)促進(jìn)水分子的溶解和擴(kuò)散[70]，從而加劇膠黏劑塑化最終影響膠接性能。

2.3 膠接結(jié)構(gòu)整體的老化

金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)體主要包括金屬和復(fù)合材料、膠黏劑及膠接界面，其中膠接界面包括金屬/膠黏劑界面、復(fù)合材料/膠黏劑界面，而復(fù)合材料中還包括了纖維和基體之間的界面。因此，對(duì)于接頭整體的老化后脫黏失效，可能發(fā)生的形式有界面破壞、膠黏劑的內(nèi)聚破壞以及混合破壞[79]。其中，以混合破壞脫黏最為常見[80-81]。

過去已經(jīng)進(jìn)行了許多研究來調(diào)查濕度、高溫或其他環(huán)境條件對(duì)金屬-復(fù)合材料接頭行為的影響[82-84]，這些研究反映了膠接接頭結(jié)構(gòu)響應(yīng)對(duì)老化環(huán)境變化的敏感性。Karbhari等[85]觀察到，在暴露于65 ℃的熱水中14 d時(shí)，鋼-CFRP膠接接頭的黏接強(qiáng)度顯著下降。Dawood等[82]將鋼-CFRP接頭暴露在38 ℃的干濕交替濕熱加速環(huán)境中，1個(gè)月后，接頭強(qiáng)度上升48%，6個(gè)月后，黏接強(qiáng)度降低了約60%。邵新愿[86]對(duì)CFRP-鋁膠接接頭的在50 ℃去離子水濕熱老化環(huán)境下的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，老化時(shí)間最長(zhǎng)為180 d。研究發(fā)現(xiàn)，失效載荷隨老化時(shí)間的增加不斷下降，經(jīng)過180 d的濕熱老化后，接頭最終強(qiáng)度僅為初始強(qiáng)度的47.96%，準(zhǔn)靜態(tài)加載過程中接頭吸收的能量下降64.2%（如圖5所示）。老化后期的失效模式均為混合失效破壞，破壞面樣貌如圖6所示，其中膠黏劑的內(nèi)聚失效占據(jù)主要的失效模式。Nguyen等[84]研究了鋼-CFRP雙搭接接頭在20、50 ℃海水環(huán)境中的濕熱老化行為，最長(zhǎng)老化時(shí)間達(dá)到12個(gè)月，他們使用Arrhenius模型有效地模擬了接頭老化后的性能退化趨勢(shì)。通過測(cè)量接頭、膠黏劑以及復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度和剛度，他們發(fā)現(xiàn)接頭剛度和強(qiáng)度的下降應(yīng)主要?dú)w因于膠黏劑的性能退化，而不是黏接界面。Knight等[87]對(duì)復(fù)合材料單搭接剪切試樣在82 ℃和85%相對(duì)濕度下長(zhǎng)達(dá)772 d的濕熱老化研究表明，隨著老化時(shí)間的增長(zhǎng)，接頭的表觀剪切強(qiáng)度降低，破壞模式從黏性內(nèi)聚破壞逐步發(fā)展到復(fù)合材料的纖維撕裂（膠黏劑與復(fù)合材料黏接界面附近）破壞。濕熱后的再干燥試驗(yàn)表明，濕熱老化導(dǎo)致接頭發(fā)生了不可逆的性能損失。另外，Korta等[88]研究了濕度溫度老化對(duì)多材料黏接接頭剪切和拉伸強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)即使在中等惡劣的老化條件下，接頭也會(huì)嚴(yán)重退化，溫度膨脹系數(shù)被認(rèn)為是不同材料制成的接頭性能的老化關(guān)鍵因素，因?yàn)樗黔h(huán)境溫度變化時(shí)接頭內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的直接原因。

綜合以上對(duì)于復(fù)合材料和膠黏劑的老化規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，溫度因素對(duì)于膠接接頭影響主要在于基體及膠黏劑受高溫的影響較大，相鄰材料熱膨脹系數(shù)的差異會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生，從而引發(fā)金屬/膠黏劑界面和纖維/樹脂界面分別出現(xiàn)黏合失效和纖維撕裂失效[89-90]，這也是老化后期出現(xiàn)失效時(shí)界面多為混合失效形式的原因之一。對(duì)于濕環(huán)境，金屬容易發(fā)生腐蝕，從而影響金屬/膠黏劑界面黏合發(fā)生界面脫黏失效[91-92]。同時(shí)，水分對(duì)于樹脂和膠黏劑的影響很大，例如增加樹脂和膠黏劑的塑性，或破壞其分子鏈，引發(fā)不均勻膨脹，從而產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致纖維撕裂或內(nèi)聚失效[60,70]。溫度和濕度對(duì)膠接結(jié)構(gòu)整體的老化綜合影響既有合作關(guān)系，也有競(jìng)爭(zhēng)。例如高溫促進(jìn)水分?jǐn)U展，增強(qiáng)了基體塑化，從而降低膠接接頭的力學(xué)性能，但高溫導(dǎo)致的基體的后固化會(huì)在一定程度上抵消水?dāng)U展帶來的負(fù)面影響。當(dāng)后固化效果更明顯時(shí)，接頭的力學(xué)性能反而會(huì)提高。

圖5 隨老化時(shí)間延長(zhǎng)接頭失效強(qiáng)度及吸收能量變化[86]

圖6 隨老化時(shí)間延長(zhǎng)接頭失效斷裂樣貌[86]

Fig.6 Failure appearance of joint with the aging time extension[86]

3 膠接結(jié)構(gòu)脫黏的數(shù)值模擬方法

導(dǎo)彈武器的實(shí)際貯存周期可能比較長(zhǎng)，且對(duì)經(jīng)歷了貯存環(huán)境老化作用后的導(dǎo)彈武器進(jìn)行1︰1尺寸脫黏性能試驗(yàn)的成本較為高昂，因此數(shù)值方法是替代試驗(yàn)方法的有效手段[93]。數(shù)值方法可以結(jié)合材料級(jí)加速老化試驗(yàn)結(jié)果以及壽命評(píng)估模型，進(jìn)行老化后結(jié)構(gòu)的脫黏模擬，進(jìn)而對(duì)導(dǎo)彈武器進(jìn)行貯存壽命預(yù)測(cè)和延壽指導(dǎo)。目前，針對(duì)膠接結(jié)構(gòu)脫黏已經(jīng)發(fā)展了眾多數(shù)值模擬方法，下面將對(duì)此進(jìn)行介紹。

3.1 虛擬裂紋閉合技術(shù)

VCCT最初用于計(jì)算裂紋的應(yīng)變能釋放率，后來該技術(shù)被廣泛用于界面脫黏或裂紋擴(kuò)展的建模[94]。相較于界面的脫黏擴(kuò)展模擬，VCCT在精確計(jì)算脫黏前緣應(yīng)變能釋放率方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。Kim[95]使用VCCT驗(yàn)證了所提出的編織玻璃/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料膠接接頭脫黏裂紋前緣應(yīng)變能釋放率均勻性預(yù)測(cè)模型。Marannano等[96]研究了環(huán)氧膠黏劑黏合的金屬黏結(jié)接頭界面的I/II混合模式脫黏行為，使用VCCT對(duì)解析得到的應(yīng)變能釋放率進(jìn)行了驗(yàn)證。Shokrieh等[97]提出了一種考慮界面非線性損傷響應(yīng)的VCCT方法，并成功模擬了雙懸臂梁試樣分層測(cè)試中的纖維橋接現(xiàn)象，有限元結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，這一方法克服了VCCT只能進(jìn)行脫黏初始損傷模擬的缺點(diǎn)。Arouche等[98]使用VCCT研究并計(jì)算了鹽霧條件老化作用前后鋼-CFRP膠接接頭的II型起始斷裂韌度和模態(tài)混合比，得到的計(jì)算結(jié)果較解析方法更加精確。Gong等[99-100]還將VCCT用于計(jì)算III型裂紋分層前緣的SERR。

3.2 內(nèi)聚力模型

與VCCT不同，CZM方法在有限元建模過程中通過使用關(guān)聯(lián)牽引分離定律的CZM單元來模擬界面的脫黏。CZM單元隨著外部載荷的增大出現(xiàn)損傷，并逐漸失去剛度而張開。CZM能夠預(yù)測(cè)脫黏的開始和持續(xù)增長(zhǎng)，甚至適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

Turon等[101]開發(fā)了一種確定裂紋擴(kuò)展CZM參數(shù)的方法。該方法考慮黏接單元的大小和內(nèi)聚力區(qū)域長(zhǎng)度，還給出一個(gè)預(yù)估雙線性本構(gòu)黏接單元最小剛度的封閉表達(dá)式。Liljedahl等[102]使用CZM方法預(yù)測(cè)了多種濕熱老化后的膠接接頭的剩余強(qiáng)度，其中CZM的參數(shù)采用老化后的試樣進(jìn)行斷裂測(cè)試獲得。研究發(fā)現(xiàn)，忽略殘余應(yīng)變后2D模型對(duì)接頭的預(yù)測(cè)強(qiáng)度略高于3D模型。Cui[103]研究了使用雙線性本構(gòu)時(shí)內(nèi)聚強(qiáng)度對(duì)模擬韌性膠黏劑脫黏的重要性，內(nèi)聚剛度會(huì)顯著影響失效工藝區(qū)內(nèi)的損傷演變，根據(jù)真實(shí)黏合強(qiáng)度調(diào)整剛度，可以提高雙線性內(nèi)聚本構(gòu)的模擬能力。Hua等[104]使用CZM結(jié)合試驗(yàn)研究了不同纖維取向的鋁-玻璃鋼混雜層壓板的脫黏開裂過程，CZM模型可以驗(yàn)證理論方法給出的界面模式混合和試驗(yàn)的位移曲線響應(yīng)結(jié)果。Gong等[105-108]使用CZM先后模擬了復(fù)合材料I型、II型以及I/II混合型分層擴(kuò)展行為，其中考慮了界面的大規(guī)模橋接現(xiàn)象、鋪層順序以及Z-pin增強(qiáng)等因素。此外，他們還研究了高溫下I型和II型分層的CZM模型[109-110]。Mu等[111]通過引入修正的破壞準(zhǔn)則和環(huán)境退化因子對(duì)CZM本構(gòu)進(jìn)行了修正，采用數(shù)值模型預(yù)測(cè)了濕熱老化后鋁-CFRP單搭接接頭的性能，如圖7所示。Tauheed等[112]研究了II型荷載作用下濕熱老化作用后的CFRP膠黏接頭的性能表征和預(yù)測(cè)，采用直接法提取CZM梯形本構(gòu)的參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，本構(gòu)參數(shù)在裂紋前緣有所降低，且試樣的邊緣比中間部位下降得更明顯。

圖7 Mu等采用的老化后CZM方法[111]

3.3 漸進(jìn)損傷方法

漸進(jìn)損傷分析方法采用材料剛度退化的方法模擬損傷處的材料失效行為，PDM相較于VCCT和CZM關(guān)注的主體不再是界面而是材料和結(jié)構(gòu)整體，在模擬中無需預(yù)制和假設(shè)缺陷或脫黏可能發(fā)生的位置。該方法完全依賴應(yīng)力分析后的失效判斷和退化模型來給出破壞結(jié)果，因此也適用于膠接接頭的脫黏模擬，尤其適用于復(fù)合材料的損傷模擬。

Chen等[113]采用PDM和CZM耦合的方法研究了鋁-CFRP單搭接及雙搭接膠接接頭在經(jīng)歷濕熱老化環(huán)境后的強(qiáng)度，其中PDM主要用于復(fù)合材料的損傷模擬，CZM則用于模擬膠黏劑的力學(xué)響應(yīng)。Godwin等[114]、Camanho等[115]以及Thoppul等[116]先后總結(jié)了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料膠接接頭應(yīng)力分析和強(qiáng)度預(yù)測(cè)的研究成果，指出上述PDM方法能直觀地反映復(fù)合材料接頭破壞形式，且能模擬損傷的發(fā)生和擴(kuò)展過程，極具應(yīng)用潛力。山美娟等[117-119]使用PDM模擬了濕熱環(huán)境作用下金屬-復(fù)合材料接頭的漸進(jìn)損傷破壞過程以及開孔板的拉伸破壞，還提出過一種涉及濕熱效應(yīng)的改進(jìn)漸進(jìn)疲勞損傷模型（PFDM）來預(yù)測(cè)濕熱環(huán)境下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞失效。

4 總結(jié)與展望

金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為受到復(fù)合材料老化和膠黏劑老化后的共同影響，而老化作用則又由眾多環(huán)境因素決定。根據(jù)導(dǎo)彈武器的貯存條件特點(diǎn)，膠接結(jié)構(gòu)濕熱老化后的失效規(guī)律及機(jī)理是未來研究的重點(diǎn)。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，人工老化加速試驗(yàn)手段并不復(fù)雜，但需要配合適當(dāng)?shù)膲勖袛鄻?biāo)準(zhǔn)和壽命評(píng)估模型。其中壽命判斷標(biāo)準(zhǔn)和服役目標(biāo)緊密相關(guān)，需要根據(jù)具體問題進(jìn)行分析，文獻(xiàn)中沒有統(tǒng)一答案，一般和膠接接頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)裕度相關(guān)。壽命評(píng)估模型是聯(lián)系人工加速老化與自然老化之間等效關(guān)系的重要紐帶，相對(duì)具有較為統(tǒng)一或通用的形式。例如文獻(xiàn)中大多考慮使用Arrhenius壽命模型，但考慮濕熱等環(huán)境耦合老化因素的壽命評(píng)估案例或模型較少，未來應(yīng)該更多致力于研究非單一因素老化后的壽命評(píng)估方法。

現(xiàn)有復(fù)合材料及膠黏劑老化行為規(guī)律的研究表明，濕熱條件的綜合影響比單獨(dú)條件的不利影響更具破壞性，濕熱老化環(huán)境會(huì)改變高分子基體和膠黏劑的化學(xué)組分，進(jìn)而影響復(fù)合材料的力學(xué)性能或膠接接頭的黏結(jié)強(qiáng)度。熱會(huì)促進(jìn)材料的吸濕，從而加快基體和膠黏劑的降解，但同樣引發(fā)的分子交聯(lián)反應(yīng)則會(huì)促進(jìn)基體和膠黏劑的后固化，進(jìn)而提高接頭的強(qiáng)度，這其中存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。另外，金屬-復(fù)合材料膠接接頭中的老化后脫黏失效表現(xiàn)為各部分的混合模式失效，包括膠黏劑的內(nèi)聚破壞、膠接界面脫黏以及復(fù)合材料纖維/基體界面失效等。因此，此類混合模式失效是未來金屬-復(fù)合材料膠接接頭老化后失效機(jī)理研究的重點(diǎn)。此外，長(zhǎng)期自然老化試驗(yàn)在文獻(xiàn)中比較少見，作為最基本的對(duì)照情況，這些測(cè)試對(duì)于膠接接頭的定性性能評(píng)估以及驗(yàn)證加速老化試驗(yàn)是十分必要的。

現(xiàn)有的先進(jìn)數(shù)值方法能夠有效模擬膠接結(jié)構(gòu)的脫黏問題，但均存在一定的優(yōu)劣及適用性問題。VCCT更適用于模擬脆性膠黏劑的脫黏斷裂，以及計(jì)算裂尖應(yīng)變能釋放率，且需要定義斷裂準(zhǔn)則才能夠分析界面的裂紋擴(kuò)展。CZM需要確定的待定參數(shù)較多，并需采用細(xì)致的網(wǎng)格，分析計(jì)算的代價(jià)較大。PDM在應(yīng)用于老化后的膠接結(jié)構(gòu)脫黏模擬時(shí)，需要分別針對(duì)復(fù)合材料和膠黏劑發(fā)展并建立一套合理的失效判斷準(zhǔn)則及材料退化模型。

[1] 楊流春. 膠接裝配技術(shù)在彈頭造中的應(yīng)用[J]. 航天工藝, 1989(6): 39-47. YANG Liu-chun. Application of Adhesive Assembly Technology in Warhead Manufacturing[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 1989(6): 39-47.

[2] 王博哲, 吳競(jìng)峰, 范開春, 等. 導(dǎo)彈分離發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板的設(shè)計(jì)研究[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2012, 12(30): 8125-8128. WANG Bo-zhe, WU Jing-feng, FAN Kai-chun, et al. The Design and Research of Cover Plate for Missile Separation Engine[J]. Science Technology and Engineering, 2012, 12(30): 8125-8128.

[3] SIENGCHIN S. A Review on Lightweight Materials for Defence Applications: Present and Future Developments[J]. Defence Technology, 2023, 24: 1-17.

[4] 郭磊, 劉檢華, 張佳朋, 等. 航天工業(yè)中膠接技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2021, 32(12): 1395-1405. GUO Lei, LIU Jian-hua, ZHANG Jia-peng, et al. Research Status Analysis of Adhesively Connection Technology in Aerospace Industry[J]. China Mechanical Engineering, 2021, 32(12): 1395-1405.

[5] BANEA M D, DA SILVA L M. Adhesively Bonded Joints in Composite Materials: An Overview[J]. Proceed-ings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 2009, 223(1): 1-18.

[6] 張仕念, 吳勛, 顏詩(shī)源, 等. 貯存使用環(huán)境對(duì)導(dǎo)彈性能的影響機(jī)理[J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(5): 17-22. ZHANG Shi-nian, WU Xun, YAN Shi-yuan, et al. Influencing Mechanism of Storage /Use Environment on Missile Performance[J]. Equipment Environmental Engineering, 2014, 11(5): 17-22.

[7] 孟濤, 張仕念, 易當(dāng)祥. 導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)概論[M]. 北京: 中國(guó)宇航出版社, 2013. MENG Tao, ZHANG Shi-nian, YI Dang-xiang. Introduction to Missile Storage Life Extension Technology[M]. Beijing: China Aerospace Publishing House, 2013.

[8] SRINIVASAN D V, IDAPALAPATI S. Review of Debonding Techniques in Adhesively Bonded Composite Structures for Sustainability[J]. Sustainable Materials and Technologies, 2021, 30: e00345.

[9] 楊義軍. 鋁合金/玻璃鋼粘接工藝性研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2010. YANG Yi-jun. Study on Bonding Technology of Aluminum Alloy/FRP[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2010.

[10] 那景新, 王廣彬, 莊蔚敏, 等. 復(fù)合材料粘接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與環(huán)境耐久性綜述[J]. 交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 2021, 21(6): 78-93. NA Jing-xin, WANG Guang-bin, ZHUANG Wei-min, et al. Review on Strength and Environmental Durability of Composite Adhesive Structures[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2021, 21(6): 78-93.

[11] 許勝剛, 陸家樂, 李勁. 機(jī)載導(dǎo)彈貯存壽命評(píng)估方法研究[J]. 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn), 2023, 41(1): 1-4.XU Sheng-gang, LU Jia-le, LI Jin. Study on Evaluation Method of Airborne Missile Storage Life[J]. Electronic Product Reliability and Environmental Testing, 2023, 41(1): 1-4.

[12] 黃亞江, 葉林, 廖霞, 等. 復(fù)雜條件下高分子材料老化規(guī)律、壽命預(yù)測(cè)與防治研究新進(jìn)展[J]. 高分子通報(bào), 2017(10): 52-63. HUANG Ya-jiang, YE Lin, LIAO Xia, et al. The Degradation Behavior, Service Lifetime Prediction and Stabilization Strategy of Polymeric Materials under Complex Condition[J]. Polymer Bulletin, 2017(10): 52-63.

[13] 李敏偉, 傅耘, 王麗, 等. 加速貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(4): 58-64. LI Min-wei, FU Yun, WANG Li, et al. Study of the Design Method of the Accelerated Storage Life Testing[J]. Equipment Environmental Engineering, 2014, 11(4): 58-64.

[14] 吳明強(qiáng), 吳超侖, 羅凱. 加速老化試驗(yàn)優(yōu)化分析與設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2010, 18(12): 2799-2801. WU Ming-qiang, WU Chao-lun, LUO Kai. Optimize the Design of Equipment Accelerated Aging Testing[J]. Computer Measurement & Control, 2010, 18(12): 2799-2801.

[15] 高超干. 樹脂基復(fù)合材料的吸濕和多種環(huán)境下的老化規(guī)律研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2020. GAO Chao-gan. Study on Moisture Absorption and Aging Law of Resin Matrix Composites in Various Environments[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2020.

[16] 張凱, 佘祖新, 王玲, 等. 導(dǎo)彈用高硅氧/酚醛結(jié)構(gòu)件貯存壽命評(píng)估[J]. 裝備環(huán)境工程, 2022, 19(4): 36-40. ZHANG Kai, SHE Zu-xin, WANG Ling, et al. Storage Life Evaluation of Silica Phenolic Component Used in Missile[J]. Equipment Environmental Engineering, 2022, 19(4): 36-40.

[17] 王建平. 涂層織物濕熱空氣加速老化試驗(yàn)方法[J]. 印染, 1994, 20(8): 31-32. WANG Jian-ping. Testing Method for Accelerated Ageing of Coated Fabric under Hot and Damp Air Conditions[J]. Dyeing and Finishing, 1994, 20(8): 31-32.

[18] 肖琰. 天然橡膠硫化膠的熱氧老化研究[D]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué), 2006. XIAO Yan. Study on Thermal Oxidation Aging of Natural Rubber Vulcanizate[D]. Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2006.

[19] 歐陽飛, 黃雪萍, 吳濤, 等. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)常用橡膠的熱空氣老化研究[J]. 橡膠科技, 2022, 20(7): 322-325.OUYANG Fei, HUANG Xue-ping, WU Tao, et al. Study on Hot Air Aging of Rubber Commonly Used in Aeroengine[J]. Rubber Science and Technology, 2022, 20(7): 322-325.

[20] HOUGH J A, XIANG Z D, JONES F R. The Effect of Thermal Spiking and Resultant Enhanced Moisture Absorption on the Mechanical and Viscoelastic Properties of Carbon Fibre Reinforced Epoxy Laminates[J]. Key Engineering Materials, 1997, 144: 27-42.

[21] 殷宗蓮, 楊萬均, 肖敏, 等. 高低溫條件下碳纖維增強(qiáng)尼龍復(fù)合材料的老化特征分析[J]. 裝備環(huán)境工程, 2015, 12(3): 106-110. YIN Zong-lian, YANG Wan-jun, XIAO Min, et al. Aging Characteristics Analyses of Carbon Fiber Reinforced Nylon Composites in High and Low Temperature Conditions[J]. Equipment Environmental Engineering, 2015, 12(3): 106-110.

[22] 張春雷, 朱波, 喬琨, 等. 高低溫老化對(duì)碳纖維復(fù)合材料芯棒力學(xué)性能的影響[J]. 高科技纖維與應(yīng)用, 2012, 37(5): 20-22. ZHANG Chun-lei, ZHU Bo, QIAO Kun, et al. Effect of High-Low Temperature Thermal Aging on the Mechanical Properties of Carbon Fiber Reinforced Composite Core[J]. Hi-Tech Fiber & Application, 2012, 37(5): 20-22.

[23] QIN Guo-feng, ZHENG Li-yun, MI Pei-wen, et al. Influence of Single or Multi-Factor Coupling of Temperature, Humidity and Load on the Aging Failure of Adhesively Bonded CFRP / Aluminum Alloy Composite Joints for Automobile Applications[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2023, 123: 103345.

[24] 秦國(guó)鋒. 溫濕老化對(duì)車用CFRP/鋁合金粘接接頭靜態(tài)失效的影響[D]. 長(zhǎng)春: 吉林大學(xué), 2018. QIN Guo-feng. Effect of Temperature and Humidity Aging on Static Failure of CFRP/Aluminum Alloy Bonded Joints for Vehicles[D]. Changchun: Jilin University, 2018.

[25] PATEL S R, CASE S W. Durability of Hygrothermally Aged Graphite/Epoxy Woven Composite under Combined Hygrothermal Conditions[J]. International Journal of Fatigue, 2002, 24(12): 1295-1301.

[26] MILLER S G, ROBERTS G D, BAIL J L, et al. Effects of Hygrothermal Cycling on the Chemical, Thermal, and Mechanical Properties of 862/W Epoxy Resin[J]. High Performance Polymers, 2012, 24(6): 470-477.

[27] DAO B, HODGKIN J, KRSTINA J, et al. Accelerated Aging Versus Realistic Aging in Aerospace Composite Materials. I. the Chemistry of Thermal Aging in a Low-Temperature-Cure Epoxy Composite[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 102(5): 4291-4303.

[28] MU Wen-long, NA Jing-xin, WANG Guang-bin, et al. Rapid Prediction Method of Failure Load for Hygrothermally Aged CFRP—Aluminum Alloy Single Lap Joints[J]. Composite Structures, 2020, 252: 112603.

[29] 王斌. 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面濕熱老化特性探究[J]. 中國(guó)膠粘劑, 2006, 15(7): 5-7. WANG Bin. Research to the Hygrothermal Ageing Characteristic of Solid Rocket Motor (SRM) Adhint[J]. China Adhesives, 2006, 15(7): 5-7.

[30] 張曉軍, 常新龍, 陳順祥, 等. 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)粘接界面濕熱老化與壽命評(píng)估[J]. 固體火箭技術(shù), 2013, 36(1): 27-31.ZHANG Xiao-jun, CHANG Xin-long, CHEN Shun-xiang, et al. Hygrothermal Aging Testing and Life Assessment for Adhesive Interface of Solid Rocket Motor[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2013, 36(1): 27-31.

[31] 袁立明, 顧伯勤, 陳曄. 應(yīng)用老化損傷因子評(píng)估纖維增強(qiáng)橡膠基密封材料的壽命[J]. 合成材料老化與應(yīng)用, 2004, 33(4): 24-26. YUAN Li-ming, GU Bo-qin, CHEN Ye. Estimating Life of Fiber Reinforced Sealing Material with Rubber Binder Using Aging Damage Factor[J]. Synthetic Materials Aging and Application, 2004, 33(4): 24-26.

[32] PAEGLIS A U. A Simple Model for Predicting Heat Aging of EPDM Rubber[J]. Rubber Chemistry and Technology, 2004, 77(2): 242-256.

[33] 黃偉, 黃大明, 姚起宏. 塑料老化性能及使用壽命預(yù)測(cè)的新方法[J]. 中國(guó)塑料, 2003, 17(6): 56-58. HUANG Wei, HUANG Da-ming, YAO Qi-hong. A New Method for Predicting Aging Performance and Life Span of Plastics[J]. China Plastics, 2003, 17(6): 56-58.

[34] 何曼君, 張紅東, 陳維孝. 高分子物理[M]. 3版. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社, 2007. HE Man-jun, ZHANG Hong-dong, CHEN Wei-xiao. Polymer Physics[M]. 3rd Edition. Shanghai: Fudan Press, 2007.

[35] 付建農(nóng), 陳海玲, 王玉娟, 等. 高分子材料的一種應(yīng)力松弛試驗(yàn)方法[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2010, 38(7): 57-59. FU Jian-nong, CHEN Hai-ling, WANG Yu-juan, et al. A Stress Relaxation Experimental Method of Polymer Material[J]. Engineering Plastics Application, 2010, 38(7): 57-59.

[36] 梁俊怡. 基于時(shí)溫等效原理的基質(zhì)瀝青快速老化試驗(yàn)與分析[J]. 廣東公路交通, 2019, 45(4): 5-9. LIANG Jun-yi. Rapid Aging Test and Analysis onMatrix Asphalt Based on Time-Temperature Equivalence Principle [J]. Guangdong Highway Communications, 2019, 45(4): 5-9.

[37] 史志翔, 宋文波, 鄒發(fā)生, 等. 基于時(shí)溫等效評(píng)估常溫下PP的VOC釋放速率[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用, 2022, 34(1): 9-12. SHI Zhi-xiang, SONG Wen-bo, ZOU Fa-sheng, et al. Evaluation of VOC Release Rate of PP at Room Temperature Based on Time Emperature Equivalence[J]. Modern Plastics Processing and Applications, 2022, 34(1): 9-12.

[38] ACETI P, CARMINATI L, BETTINI P, et al. Hygrothermal Ageing of Composite Structures. Part 1: Technical Review[J]. Composite Structures, 2023, 319: 117076.

[39] WANG Jun, GANGARAO H, LIANG Rui-feng, et al. Durability and Prediction Models of Fiber-Reinforced Polymer Composites under Various Environmental Conditions: A Critical Review[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2016, 35: 179-211.

[40] GUO Jin-zhan, ZHAN Li-hua, MA Bo-lin, et al. A Review on Failure Mechanism and Mechanical Performance Improvement of FRP-Metal Adhesive Joints under Different Temperature-Humidity[J]. Thin-Walled Structures, 2023, 188: 110788.

[41] MAYANDI K, RAJINI N, AYRILMIS N, et al. An Overview of Endurance and Ageing Performance under Various Environmental Conditions of Hybrid Polymer Composites[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2020, 9(6): 15962-15988.

[42] STRUIK L C E. Physical Aging in Plastics and other Glassy Materials[J]. Polymer Engineering & Science, 1977, 17(3): 165-173.

[43] BARJASTEH E, BOSZE E J, TSAI Y I, et al. Thermal Aging of Fiberglass/Carbon-Fiber Hybrid Composites[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2009, 40(12): 2038-2045.

[44] DECELLE J, HUET N, BELLENGER V. Oxidation Induced Shrinkage for Thermally Aged Epoxy Networks [J]. Polymer Degradation and Stability, 2003, 81(2): 239-248.

[45] FAN Wei, LI Jia-lu. Rapid Evaluation of Thermal Aging of a Carbon Fiber Laminated Epoxy Composite[J]. Polymer Composites, 2014, 35(5): 975-984.

[46] AKAY M, SPRATT G R. Evaluation of Thermal Ageing of a Carbon Fibre Reinforced Bismalemide[J]. Composites Science and Technology, 2008, 68(15/16): 3081-3086.

[47] COLIN X. Interaction between Cracking and Oxidation in Organic Matrix Composites[J]. Journal of Composite Materials, 2005, 39(15): 1371-1389.

[48] WOLFRUM J, EIBL S, LIETCH L. Rapid Evaluation of Long-Term Thermal Degradation of Carbon Fibre Epoxy Composites[J]. Composites Science and Technology, 2009, 69(3/4): 523-530.

[49] VU D Q, GIGLIOTTI M, LAFARIE-FRENOT M C. The Effect of Thermo-Oxidation on Matrix Cracking of Cross-Ply [0/90]SComposite Laminates[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2013, 44: 114-121.

[50] 張武昆, 閆偉, 王會(huì)平, 等. 不同環(huán)境下寬徑比對(duì)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料開孔層壓板壓縮失效的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2020, 37(2): 267-275. ZHANG Wu-kun, YAN Wei, WANG Hui-ping, et al. Effects of Width to Diameter Ratio on Compression Failure Behavior of Carbon Fiber Reinforced Epoxy Resin Composite Open-Hole Laminates under Different Environments[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2020, 37(2): 267-275.

[51] SHAN LIBIN ZHAO M, HUANG Wei, LIU Feng-rui, et al. Effect Mechanisms of Hygrothermal Environments on Failure of Single-Lap and Double-Lap CFRP-Aluminum Bolted Joints[J]. Computer Modeling in Engineering & Sciences, 2020, 123(1): 101-127.

[52] SHAN Mei-juan, ZHANG Rui-feng, LIU Feng-rui, et al. A Characteristic Curve Including Hygrothermal Effects for Predicting the Failure of Composite Multi-Bolt Joints[J]. Composites Communications, 2022, 36: 101384.

[53] MOURAD A H I, ABDEL-MAGID B M, EL- MAADDAWY T, et al. Effect of Seawater and Warm Environment on Glass/Epoxy and Glass/Polyurethane Composites[J]. Applied Composite Materials, 2010, 17(5): 557-573.

[54] SANTHOSH K, MUNIRAJU M, SHIVAKUMAR N D, et al. Hygrothermal Durability and Failure Modes of FRP for Marine Applications[J]. Journal of Composite Materials, 2012, 46(15): 1889-1896.

[55] 張?jiān)滦? 楊明君, 王崇杰, 等. 干濕環(huán)境對(duì)環(huán)氧樹脂/碳纖維復(fù)合材料層合板老化性能的影響[J]. 工程塑料應(yīng)用, 2022, 50(4): 124-129.ZHANG Yue-xin, YANG Ming-jun, WANG Chong-jie, et al. Effects of Dry/Wet Environment on Aging Properties of Epoxy Resin/Carbon Fiber Composite Laminates [J]. Engineering Plastics Application, 2022, 50(4): 124-129.

[56] EARL J S, SHENOI R A. Hygrothermal Ageing Effects on FRP Laminate and Structural Foam Materials[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2004, 35(11): 1237-1247.

[57] DAI Jian-zhuo, FU Hui, JIA Yong-yong, et al. Investigation on the Aging Characteristics of FRP Composites Poles and Crossarms[C]// 2018 International Conference on Power System Technology (POWERCON). Guangzhou: IEEE, 2019.

[58] BAHROLOLOUMI A, MOROVATI V, SHAAFAEY M, et al. A Multi-Physics Approach on Modeling of Hygrothermal Aging and Its Effects on Constitutive Behavior of Cross-Linked Polymers[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2021, 156: 104614.

[59] GUERMAZI N, BEN TARJEM A, KSOURI I, et al. On the Durability of FRP Composites for Aircraft Structures in Hygrothermal Conditioning[J]. Composites Part B: Engineering, 2016, 85: 294-304.

[60] LIU Lu-lu, XU Kai-long, XU Yi-bing, et al. Experimental Study of Quasi-Static and Dynamic Tensile Behavior of Epoxy Resin under Cyclic Hygrothermal Aging[J]. Polymer Degradation and Stability, 2022, 200: 109940.

[61] HUANG Gu, SUN Hong-xia. Effect of Water Absorption on the Mechanical Properties of Glass/Polyester Composites[J]. Materials & Design, 2007, 28(5): 1647- 1650.

[62] ARIF M F, MERAGHNI F, CHEMISKY Y, et al. In Situ Damage Mechanisms Investigation of PA66/GF30 Composite: Effect of Relative Humidity[J]. Composites Part B: Engineering, 2014, 58: 487-495.

[63] SCIDA D, ASSARAR M, POIL?NE C, et al. Influence of Hygrothermal Ageing on the Damage Mechanisms of Flax-Fibre Reinforced Epoxy Composite[J]. Composites Part B: Engineering, 2013, 48: 51-58.

[64] TAMBOURA S, ABDESSALEM A, FITOUSSI J, et al. On the Mechanical Properties and Damage Mechanisms of Short Fibers Reinforced Composite Submitted to Hydrothermal Aging: Application to Sheet Molding Compound Composite[J]. Engineering Failure Analysis, 2022, 131: 105806.

[65] LONG Yi-wei, GAO Jian, CHENG Zhuo-lin, et al. Skin-Core Structure of Thermally Aged Epoxy Resin: Roles of Oxidation and re-Crosslinking[J]. Polymer Degradation and Stability, 2021, 193: 109743.

[66] YANG Yong-ming, XIAN Gui-jun, LI Hui, et al. Thermal Aging of an Anhydride-Cured Epoxy Resin[J]. Polymer Degradation and Stability, 2015, 118: 111-119.

[67] LI Ke, WANG Kai, ZHAN Mao-sheng, et al. The Change of Thermal-Mechanical Properties and Chemical Structure of Ambient Cured DGEBA/TEPA under Accelerated Thermo-Oxidative Aging[J]. Polymer Degradation and Stability, 2013, 98(11): 2340-2346.

[68] XU Qian-hui, LI Feng, MU Wen-long, et al. Effect of Hygrothermal and Alternating Load Coupled Aging on CFRP/Al Bonded Joints[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2021, 109: 102912.

[69] HAN Xiao, CHAO Yue-xing, ZHANG Wei, et al. Study on the Effect of Post Curing on the Mode II Fracture Energy of Structural Adhesive Using a Parameter Identification Approach[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2019, 95: 102398.

[70] TOSCANO A, PITARRESI G, SCAFIDI M, et al. Water Diffusion and Swelling Stresses in Highly Crosslinked Epoxy Matrices[J]. Polymer Degradation and Stability, 2016, 133: 255-263.

[71] JIANG Xu, KOLSTEIN H, BIJLAARD F, et al. Effects of Hygrothermal Aging on Glass-Fibre Reinforced Polymer Laminates and Adhesive of FRP Composite Bridge: Moisture Diffusion Characteristics[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2014, 57: 49-58.

[72] FATA D, POSSART W. Aging Behavior of a Hot-Cured Epoxy System[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2006, 99(5): 2726-2736.

[73] 李光茂, 杜鋼, 周鴻鈴, 等. 環(huán)氧樹脂在濕熱環(huán)境中的老化特性與失效機(jī)理[J]. 高壓電器, 2022, 58(6): 87-92.LI Guang-mao, DU Gang, ZHOU Hong-ling, et al. Aging Characteristics and Failure Mechanism of Epoxy Resin in Humid and Hot Environment[J]. High Voltage Apparatus, 2022, 58(6): 87-92.

[74] 李亞豐, 姚學(xué)玲, 孫晉茹, 等. 絕緣封裝用環(huán)氧樹脂固化物的濕熱老化特性[J]. 高電壓技術(shù), 2021, 47(10): 3600-3607. LI Ya-feng, YAO Xue-ling, SUN Jin-ru, et al. Hydrothermal Aging Characteristics of Cured Epoxy Resin for Insulation Encapsulation[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(10): 3600-3607.

[75] 李傳習(xí), 劉一鳴, 李游, 等. 濕熱對(duì)膠黏劑及CFRP-鋼接頭力學(xué)性能的影響[J]. 交通科學(xué)與工程, 2022, 38(2): 25-32.LI Chuan-xi, LIU Yi-ming, LI You, et al. Effect of Hygrothermal Aging on Mechanical Properties of Adhesive and CFRP-Steel Joints[J]. Journal of Transport Science and Engineering, 2022, 38(2): 25-32.

[76] 高巖磊, 崔文廣, 牟微, 等. 環(huán)氧樹脂粘合劑熱氧老化行為研究[J]. 化工新型材料, 2011, 39(2): 72-74. GAO Yan-lei, CUI Wen-guang, MU Wei, et al. Study on Thermo-Oxidation Aging Performance of Epoxy Adhesive[J]. New Chemical Materials, 2011, 39(2): 72-74.

[77] 云梁, 李國(guó)峰, 包平, 等. 環(huán)氧樹脂膠黏劑的制備及其老化性能[J]. 合成樹脂及塑料, 2022, 39(3): 31-34. YUN Liang, LI Guo-feng, BAO Ping, et al. Preparation and Aging Properties of Chemical Epoxy Resin Adhesive[J]. China Synthetic Resin and Plastics, 2022, 39(3): 31-34.

[78] 劉斯文. 環(huán)氧膠黏劑耐綜合環(huán)境老化性能研究[D]. 秦皇島: 燕山大學(xué), 2016. LIU Si-wen. Study on Comprehensive Environmental Aging Resistance of Epoxy Adhesive[D]. Qinhuangdao: Yanshan University, 2016.

[79] 聶光磊. 膠接接頭的濕熱環(huán)境老化特性研究[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2015. NIE Guang-lei. Study on Aging Characteristics of Bonded Joints in Hot and Humid Environment[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2015.

[80] CHEN Yi-wei, LI Mao-jun, YANG Xu-jing, et al. Durability and Mechanical Behavior of CFRP/Al Structural Joints in Accelerated Cyclic Corrosion Environments[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2020, 102: 102695.

[81] SUN Guang-yong, LIU Xing-long, ZHENG Gang, et al. On Fracture Characteristics of Adhesive Joints with Dissimilar Materials—An Experimental Study Using Digital Image Correlation (DIC) Technique[J]. Composite Structures, 2018, 201: 1056-1075.

[82] DAWOOD M, RIZKALLA S. Environmental Durability of a CFRP System for Strengthening Steel Structures[J]. Construction and Building Materials, 2010, 24(9): 1682-1689.

[83] AL-SHAWAF A, AL-MAHAIDI R, ZHAO X L. Effect of Elevated Temperature on Bond Behaviour of High Modulus CFRP/Steel Double-Strap Joints[J]. Australian Journal of Structural Engineering, 2009, 10(1): 63-74.

[84] NGUYEN T C, BAI Yu, ZHAO Xiao-ling, et al. Durability of Steel/CFRP Double Strap Joints Exposed to Sea Water, Cyclic Temperature and Humidity[J]. Composite Structures, 2012, 94(5): 1834-1845.

[85] KARBHARI V M, SHULLEY S B. Use of Composites for Rehabilitation of Steel Structures—Determination of Bond Durability[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 1995, 7(4): 239-245.

[86] 邵新愿. CFRP-Al膠接接頭濕熱老化力學(xué)性能研究[D]. 大連: 大連理工大學(xué), 2020. SHAO Xin-yuan. Study on Mechanical Properties of Wet-Heat Aging of CFRP-Al Bonded Joints[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2020.

[87] KNIGHT G A, HOU T H, BELCHER M A, et al. Hygrothermal Aging of Composite Single Lap Shear Specimens Comprised of AF-555M Adhesive and T800H/3900-2 Adherends[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2012, 39: 1-7.

[88] KORTA J, MLYNIEC A, UHL T. Experimental and Numerical Study on the Effect of Humidity-Temperature Cycling on Structural Multi-Material Adhesive Joints[J]. Composites Part B: Engineering, 2015, 79: 621-630.

[89] HESHMATI M, HAGHANI R, AL-EMRANI M. Environmental Durability of Adhesively Bonded FRP/ Steel Joints in Civil Engineering Applications: State of the Art[J]. Composites Part B: Engineering, 2015, 81: 259-275.

[90] NAWAB Y, JACQUEMIN F, CASARI P, et al. Study of Variation of Thermal Expansion Coefficients in Carbon/ Epoxy Laminated Composite Plates[J]. Composites Part B: Engineering, 2013, 50: 144-149.

[91] CALVEZ P, BISTAC S, BROGLY M, et al. Mechanisms of Interfacial Degradation of Epoxy Adhesive/Galvanized Steel Assemblies: Relevance to Durability[J]. The Journal of Adhesion, 2012, 88(2): 145-170.

[92] SUGIMAN S, CROCOMBE A D, ASCHROFT I A. Experimental and Numerical Investigation of the Static Response of Environmentally Aged Adhesively Bonded Joints[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2013, 40: 224-237.

[93] 孫中雷, 張國(guó)凡. 復(fù)合材料膠接接頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2017, 34(3): 46-50. SUN Zhong-lei, ZHANG Guo-fan. Strength Design of Adhesively Bonded Composite Double-Lap Joints[J]. Computer Simulation, 2017, 34(3): 46-50.

[94] CHETAN H C, KATTIMANI S, MURIGENDRAPPA S M. Finite Element Modelling for Mode-I Fracture Behaviour of CFRP[C]// AIP Conference Proceedings. Karnataka: AIP, 2018.

[95] KIM H. Closed Form Solution for Strain Energy Release Rate Distribution in Debonded One-Edge Free Postbuckled Composite Flanged Joints[J]. Composites Science and Technology, 2006, 66(14): 2456-2464.

[96] MARANNANO G V, MISTRETTA L, CIRELLO A, et al. Crack Growth Analysis at Adhesive-Adherent Interface in Bonded Joints under Mixed Mode I/II[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2008, 75(18): 5122-5133.

[97] SHOKRIEH M M, RAJABPOUR-SHIRAZI H, HEIDARI-RARANI M, et al. Simulation of Mode I Delamination Propagation in Multidirectional Composites with R-Curve Effects Using VCCT Method[J]. Computational Materials Science, 2012, 65: 66-73.

[98] AROUCHE M M, SALEH M N, TEIXEIRA DE FREITAS S, et al. Effect of Salt Spray Ageing on the Fracture of Composite-to-Metal Bonded Joints[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2021, 108: 102885.

[99] GONG Yu, LI Zhao-bin, GAO Yu-ting, et al. An Improved Edge Ring Crack Torsion Configuration for Mode-III Fracture Characterization[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2023, 284: 109283.

[100] GONG Yu, GAO Yu-ting, LI Zhao-bin, et al. Mode III Fracture of Composite Laminates with Elastic Couplings in Edge Ring Crack Torsion Test[J]. Polymer Composites, 2023, 44(9): 5984-5998.

[101] TURON A, DáVILA C G, CAMANHO P P, et al. An Engineering Solution for Mesh Size Effects in the Simulation of Delamination Using Cohesive Zone Models [J]. Engineering Fracture Mechanics, 2007, 74(10): 1665-1682.

[102] LILJEDAHL C D M, CROCOMBE A D, WAHAB M A, et al. Modelling the Environmental Degradation of Adhesively Bonded Aluminium and Composite Joints Using a CZM Approach[J]. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2007, 27(6): 505-518.

[103] CUI Hao. Simulation of Ductile Adhesive Failure with Experimentally Determined Cohesive Law[J]. Composites Part B: Engineering, 2016, 92: 193-201.

[104] HUA Xiao-ge, LI Hua-guan, LU Yi, et al. Interlaminar Fracture Toughness of GLARE Laminates Based on Asymmetric Double Cantilever Beam (ADCB)[J]. Composites Part B: Engineering, 2019, 163: 175-184.

[105] GONG Yu, CHEN Xin-jian, ZOU Luo-huan, et al. Experimental and Numerical Investigations on the Mode I Delamination Growth Behavior of Laminated Composites with Different Z-Pin Fiber Reinforcements[J]. Composite Structures, 2022, 287: 115370.

[106] GONG Yu, TAO Ju-nan, CHEN Xin-jian, et al. A Semi- Analytical Method for Determining Mode-II Fracture Toughness and Bridging Law of Composite Laminates[J]. Engineering Fracture Mechanics, 2022, 265: 108371.

[107] GONG Yu, TIAN Ding-li, CAO Tian-cheng, et al. An-Curve Effect-Included Delamination Growth Criterion for Mixed-Mode I/II Delamination Predictions of Composite Laminates[J]. Composite Structures, 2022, 295: 115846.

[108] GONG Yu, CHEN Xin-jian, LI Wang-chang, et al. Delamination in Carbon Fiber Epoxy DCB Laminates with Different Stacking Sequences:-Curve Behavior and Bridging Traction-Separation Relation[J]. Composite Structures, 2021, 262: 113605.

[109] GONG Yu, JIANG Lin-fei, LI Lin-kang, et al. Temperature Effect on the Static Mode I Delamination Behavior of Aerospace-Grade Composite Laminates: Experimental and Numerical Study[J]. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2022, 45(10): 2827-2844.

[110] GONG Yu, JIANG Lin-fei, LI Lin-kang, et al. An Experimental and Numerical Study of the Influence of Temperature on Mode II Fracture of a T800/Epoxy Unidirectional Laminate[J]. Materials, 2022, 15(22): 8108.

[111] MU W, XU Q, NA J, et al. Investigating the Failure Behavior of Hygrothermally Aged Adhesively Bonded CFRP-Aluminum Alloy Joints Using Modified Arcan Fixture[J]. Thin-Walled Structures, 2023, 182: 110303.

[112] MOHD T, DATLA NARESH V. Characterization and Prediction of Hygrothermally Aged CFRP Adhesive Joint Subjected to Mode II Load[J]. Composites Part C: Open Access, 2023, 11: 100357.

[113] CHEN Hong-li, NA Jing-xin, WANG Deng-feng, et al. Numerical Simulation and Failure Experiment of Hygrothermal Aged CFRP Single and Double Lap Joints[J]. Thin-Walled Structures, 2023, 188: 110786.

[114] GODWIN E W, MATTHEWS F L. A Review of the Strength of Joints in Fibre-Reinforced Plastics[J]. Composites, 1980, 11(3): 155-160.

[115] CAMANHO P P, MATTHEWS F L. Stress Analysis and Strength Prediction of Mechanically Fastened Joints in FRP: A Review[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 1997, 28(6): 529-547.

[116] THOPPUL S D, FINEGAN J, GIBSON R F. Mechanics of Mechanically Fastened Joints in Polymer-Matrix Composite Structures—A Review[J]. Composites Science and Technology, 2009, 69(3/4): 301-329.

[117] 張嬌蕊, 山美娟, 黃偉, 等. 濕熱環(huán)境對(duì)CFRP復(fù)合材料-鋁合金螺栓連接結(jié)構(gòu)靜力失效的影響[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2021, 38(7): 2224-2233. ZHANG Jiao-rui, SHAN Mei-juan, HUANG Wei, et al. Effects of Hygrothermal Environment on Quasi-Static Failure of CFRP Compositealuminum Alloy Bolted Joints[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2021, 38(7): 2224-2233.

[118] SHAN Mei-juan, ZHANG Rui-feng, ZHAO Li-bin. A Numerical Study of Coupling Effects of Hygrothermal Environment and Geometrical Parameter on Tensile Characteristic Length of Open-Hole Composite Laminates [J]. Journal of Materials Research and Technology, 2023, 23: 2317-2328.

[119] SHAN Mei-juan, ZHAO Li-bin, HONG Hai-ming, et al. A Progressive Fatigue Damage Model for Composite Structures in Hygrothermal Environments[J]. International Journal of Fatigue, 2018, 111: 299-307.

Research Progress of Aging Debonding for Metal-composite Bonding Structures

XIAKai-xin1, GONG Yu2, SHAN Ze-yu2, QI Xin-xin3*, HUANG Wei4, WANG Qi-xing4, ZHAO Li-bin1,3,5,6

(1. School of Astronautics, Beihang University, Beijing 100191, China; 2. College of Aerospace Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China; 3. School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China; 4.Hubei Aerospace Flight Vehicle Institute, Wuhan 430000, China; 5. Key Laboratory of Advanced Intelligent Protective Equipment Technology, Ministry of Education, Tianjin 300401, China; 6. Key Laboratory of Hebei Province on Scale-span Intelligent Equipment Technology, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)

The work reviewed the research on the aging and debonding behavior of adhesive structures from three aspects: accelerated aging test methods, aging law of adhesive structures and numerical simulation of interfacial debonding. Various artificial accelerated test methods for simulating aging, commonly used life assessment models for accelerated aging tests, and the degradation law of material performance after aging of adhesive structures were introduced. The research status of using the Virtual Crack Closure Technique (VCCT), Cohesive Zone Model (CZM) and Progressive Damage Method (PDM) to simulate the debonding behavior of structures was also introduced. Finally, the research on the aging debonding behavior of adhesive structures was summarized and prospected.

composite; adhesive; bonding structures; aging debonding; storage life extension; property degradation

2023-08-07；

2023-09-30

National Natural Science Foundation of China (12172067, 11902054, 12072005); Fundamental Research Funds for the Central Universities (2023CDJXY-007); Young Elite Scientists Sponsorship Program by CAST (2020QNRC001)

TJ760.3

A

1672-9242(2023)10-0008-14

10.7643/ issn.1672-9242.2023.10.002

2023-08-07；

2023-09-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（12172067，11902054，12072005）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（2023CDJXY-007）；中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程（2020QNRC001）

夏開心, 龔愉, 單澤宇, 等. 金屬-復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)老化脫黏行為研究進(jìn)展[J]. 裝備環(huán)境工程, 2023, 20(10): 8-21.

XIAKai-xin, GONG Yu, SHAN Ze-yu, et al. Research Progress of Aging Debonding for Metal-composite Bonding Structures[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(10): 8-21.

責(zé)任編輯：劉世忠