随着轻质高强聚合物基复合材料的广泛应用,其与金属之间的连接问题引起了广泛关注,其中胶接连接因连接效率高、对复合材料损伤小等优势成为研究热点之一。本文以碳纤维增强聚合物复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)/铝合金单搭接胶接接头为研究对象,采取有限元分析与实验研究相结合的方式,对CFRP层合板与铝合金板之间的刚度关系及其对胶接接头力学性能的影响规律进行研究。主要研究内容包括:通过设计构成CFRP复合材料层合板的铺层数量、角度和顺序,分别得到抗弯刚度基本保持不变、抗拉刚度逐渐增大的铺层方式以及抗拉刚度保持不变、抗弯刚度逐渐增大的铺层方式。根据铺层设计,建立了CFRP/铝合金单搭接胶接有限元分析模型,研究了不同抗拉刚度比与不同抗弯刚度比对接头应力大小、分布的影响规律。分析结果表明,随着CFRP层合板与铝合金板抗拉刚度比的增大,胶层靠CFRP层合板一端的剪切应力及层合板表层沿加载方向的正应力逐渐降低:抗拉刚度比从0.49增大到1.27时,胶层剪切应力从46.57MPa降为33.44MPa,降幅28.19%;CFRP层合板中的拉应力从608.41MPa降为377.64MPa,降幅37.93%。随着CFRP层合板与铝合金板抗弯刚度比的增大,胶层剪切应力、剥离应力及层合板表面沿加载方向的正应力将逐渐减小:抗弯刚度比从0.90增大到1.85时,胶层剪应力从45.20MPa降为37.61MPa,降幅16.79%;剥离应力由36.30MPa降为30.92MPa,降幅14.82%;层合板表层沿加载方向的正应力由675.27MPa降为463.01MPa,降幅31.43%。根据铺层设计结果,采用模压工艺制备了CFRP复合材料层合板,与铝合金板胶接制得了CFRP/铝合金单搭接胶接接头试样,并进行了拉伸性能测试。采用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术采集加载过程中接头各部分的变形信息,并通过后处理计算得到拉伸过程中结构各部分的实时应变。试验结果表明,CFRP层合板/铝合金板抗拉刚度比与抗弯刚度比的增大均能不同程度地提高胶接接头的承载性能。综合有限元分析与实验研究结果表明,CFRP层合板与铝合金板的抗拉刚度比、抗弯刚度比的变化将显著改变单搭接胶接接头的应力大小和分布,从而直接影响胶接接头的拉伸强度。增加CFRP层合板与铝合金板的抗拉刚度比和抗弯刚度比,将提升CFRP/铝合金单搭接胶接接头的整体刚度,降低接头应力水平,从而提高接头的承载性能。