静水压力真能决定胶水寿命？用Arcan夹具加仿真把环氧胶测了个底朝天

编者按：结构胶接技术是汽车轻量化的关键工艺，但胶粘剂作为高分子材料，其力学行为受静水压力影响显著。如何精准预测胶接接头在不同应力状态下的失效行为？这篇2020年发表在IOP会议上的论文，通过改进型Arcan夹具+高阶Drucker-Prager准则+有限元仿真，给出了系统答案。以下是全文解读。

01 研究背景：轻量化时代，胶接技术为何关键？

当前汽车与航空航天工业正大力推进轻量化设计，复合材料与金属的混合结构越来越普遍。结构胶粘剂因其应力分布均匀、不损伤基材、适合异种材料连接等优势，正逐步取代或补充焊接、铆接等传统连接方式。

然而，胶粘剂本质上是高分子聚合物材料，其力学性能不仅依赖于温度和应变率，还对静水压力（hydrostatic pressure） 高度敏感。换句话说，胶层在受拉、受压、受剪不同状态下，其屈服和失效行为差异巨大。

问题在于：厂家提供的材料数据手册信息极其有限，根本无法满足工程上精准失效预测的需求。因此，必须通过系统的实验表征和本构模型来量化这一行为。

02 研究目的：搞清楚三件事

本研究围绕一种商用环氧结构胶——SikaPower-497（用于金属-复合材料粘接）展开，核心目标有三：

1. 通过实验揭示静水压力对该胶粘剂屈服和失效的影响规律；
2. 验证高阶指数型Drucker-Prager准则是否适用于描述这种压力依赖性；
3. 建立有限元模型，并通过混合模式实验验证其预测能力，同时明确该模型的适用边界。

03 研究方法：改进型Arcan夹具+DIC应变测量+FE仿真

3.1 改进型Arcan夹具——一套夹具实现多种应力状态

传统的单轴拉伸或剪切试验无法反映复杂应力状态。本研究采用改进型Arcan夹具，它可以在万能试验机上通过改变加载角度（0°、30°、60°、90°、120°），对胶层施加不同的拉伸/压缩与剪切的组合载荷。

原文图3（Figure 3）——Arcan测试模式示意

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