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针对挖掘机动臂腹板上对接焊接头的疲劳破坏问题,进行了高比强度、抗疲劳和耐腐蚀的碳纤维复合材料加固延寿研究。碳纤维/钢复合结构中的环氧树脂粘接层,是增强结构的薄弱层,因此,基于短纤维桥联增韧机理,对层间粘接层和粘接界面层进行增强,并通过理论分析和碳纤维加固对接焊接头有限元分析,研究了焊缝余高、碳纤维复合材料布置方案、短纤维增强粘接层对其对接焊接头的影响机理。主要研究内容如下:(1)依据短纤维对复合材料粘接层的增韧作用,建立Ⅰ型断裂载荷模式下短纤维与树脂在裂纹面处的细观力学抗力模型,研究纤维表面粗糙度、树脂层间的短纤维体积含量、短纤维随机分布以及短纤维尺度效应的影响规律,得到最佳参数;(2)通过表面刻槽技术增加钢表面粗糙度,制作粘接层界面为刻槽/芳纶纤维的试件,进行了端部缺口弯曲(ENF)试验,基于短纤维的桥联增韧机理,研究Ⅱ型断裂载荷模式下粘接层中芳纶纤维的增韧效果,并且其层间短纤维主要发生拔出破坏,研究不同剪切摩擦应力下的断裂能,其理论预测结果以及实验数据拟合度较高,进而验证了粘接层中芳纶纤维具有增强作用;(3)基于含芳纶纤维粘接层界面的本构模型,通过ABAQUS仿真软件建立碳纤维加固对接焊接头的有限元模型,由于其为箱型结构中含垫板的特殊焊接接头,因此只能采用单面加固,为了有效降低焊缝区域的应力集中,通过焊后磨平技术,研究其焊缝处的应力分布规律,依据IIW标准中的焊接细节等级,利用Miner线性损伤累积法则计算焊缝处的损伤度,结果表明焊后磨平技术使得对接焊接头的改善效果较为显著;(4)为了研究碳纤维的加固形式对焊后磨平的对接焊接头的优化效果,以碳纤维的长度、层数以及粘接层的界面形式对其等效工作时间的提升程度为依据,结果表明当采用三层碳纤维布、长度为211mm以及刻槽/芳纶纤维/多壁碳纳米管界面的加固方案时,对接焊接头的等效工作时间最长。同时,基于疲劳载荷作用下粘接层的损伤效应,依据不同疲劳周期的损伤因子修改粘接层的参数,建立粘接层界面内聚力模型的损伤经验模型,仿真结果表明当对接焊接头承受疲劳载荷时,其等效工作时间略微下降。