基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法

技术领域

本发明涉及材料粘结滑移技术领域，尤其是涉及基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法。

背景技术

获得层压板下界面荷载滑移曲线计算方法，可以建立三板界面的本构模型。但在三板界面粘结滑移本构关系的试验研究中还存在一些问题：

由于三板界面中层板表面被遮挡，无法通过试验直接测量层压板下界面的粘结应力；部分学者通过有限元模拟，或基于双板界面应变片测试对三板界面粘结滑移模型进行了预测，存在误差。

针对上述问题，提出了一种基于高速摄像获得层压板下界面粘结滑移曲线的计算方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法，通过高速摄像技术得到应变云图，进而建立得到三板界面的粘结滑移本构模型，方法简单，实用性强，为后续的研究提供了理论指导。

为实现上述目的，本发明提供了基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法，包括以下步骤：

S1、获得上层板的压力参数；

S2、通过单剪试验获得上层板与中层板界面的摩擦参数；

S3、通过单剪试验获得中层板与下层板间的摩擦参数；

S4、建立三板界面的初始粘结滑移模型；

S5、采用高速摄像技术获得层压板表面的应变分布情况，使用高速摄像技术拍摄成像，经处理后，得到应变分布云图；

S6、计算双板界面的粘结滑移曲线；

S7、计算三板界面中层板与下层板间的胶粘作用模型；

S8、计算三板界面中层板与下层板间的摩擦作用模型、中层板与上层板间的摩擦作用模型；

S9、计算无正压力作用下有粘结上层板与中层板间的胶粘作用模型；

S10、计算层压板作用下界面的粘结滑移模型。

优选的，在步骤S1中，通过压力传感器测得上层板所受的压力N，层压板的压力N与施加的外力F

N＝αF

式中，N为层压板的压力；F

优选的，在步骤S2中，将上层板与中层板固定在一起，使中层板处于刚好要滑动的临界状态，此时拉力就等于摩擦力，通过压力传感器测得中层板所受的正压力N1，f1与N1的关系式如下：

F1＝f1＝μ1N1 (2)

式中，F1为中层板所受的拉力；f1为中层板所受的摩擦力；μ1为上层板与中层板间的摩擦参数；N

优选的，在步骤S3中，将中层板与下层板固定在一起，使下层板处于刚好要滑动的临界状态，此时拉力就等于摩擦力，通过压力传感器测得下层板所受的正压力N

F2＝f

式中，F

优选的，在步骤S4中，F

F＝P

式中，

式中，

式中，

式中，

式中，τ(s)为三板界面的初始粘结滑移模型。

优选的，在步骤S6中，此时下层板只受到一个粘结承载力，下层板受到的剪应变ε与剪应力τ的关系式如公式(10)所示

τ＝f(ε) (10)

中层板与下层板的相对滑移采用中层板滑移与下层板滑移的差值计算，表达式如公式(11)所示，

式中，S

由公式(10)、公式(11)建立剪应力τ和中层板与下层板之间的相对滑移量s之间的关系式，如公式(12)所示

τ＝f(s) (12)

由此得到粘结滑移曲线，曲线上有四个特征值，分别为中层板与下层板间胶粘作用的最大剪应力τ

优选的，在步骤S7中，中层板与下层板间的粘结作用模型

式中，

优选的，在步骤S8中，中层板与上层板间不涂胶粘剂，此时层压板受到的力有粘结剂的粘结力P

式中，s

引入界面断裂能来计算摩擦作用模型，界面断裂能根据粘结滑移曲线与坐标轴围成的面积计算得到，三板界面的断裂能G由中层板与下层板界面胶粘作用模型产生的断裂能G

G＝G

总的断裂能减去胶粘作用产生的断裂能，即得到摩擦作用的断裂能；

选取在步骤S5得到的界面应变传递到三板界面前位移云图，其对应荷载为平台荷载v

s

式中，a

中层板与上层板间的摩擦作用模型的面积表达式如公式(18)所示，G

通过公式(18)求得τ

优选的，在步骤S9中，通过设计中层板粘结上层板试验，制作时使中层板仅与上层板保持粘结性能，此时受到的力有中层板与下层板界面粘结力P

式中，τ

优选的，在步骤S10中，将公式(14)和公式(19)代入公式(9)，得到层压板作用下界面的粘结滑移模型τ(s)，表达式如公式(20)所示

τ(s)＝f(s

因此，本发明采用上述基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法，通过高速摄像技术得到应变云图，进而建立得到三板界面的粘结滑移本构模型，方法简单，实用性强，为后续的研究提供了理论指导。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法的流程图；

图2是压力与外力的关系；

图3是层压板作用下粘结界面作用机理；

图4是双层板胶粘作用粘结滑移曲线；

图5是三板界面粘结滑移曲线；

图6是摩擦作用粘结滑移曲线；

图7是不同荷载下界面剪应力分布情况；

图8是上层板作用下荷载滑移曲线；

图9是胶粘作用粘结滑移曲线。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的主旨或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。这些其它实施方式也涵盖在本发明的保护范围内。

还应当理解，以上所述的具体实施例仅用于解释本发明，本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明/发明的保护范围之内。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作为详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

本发明说明书中引用的现有技术文献所公开的内容整体均通过引用并入本发明中，并且因此是本发明公开内容的一部分。

实施例一

如图1所示，本发明提供了基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法，包括以下步骤：

步骤1：获得上层板的压力参数。通过压力传感器测得上层板所受的压力N，层压板的压力N与施加的外力F

N＝αF

式中，N为层压板的压力；F

步骤2：通过单剪试验获得上层板与中层板界面的摩擦参数。将上层板与中层板固定在一起，使中层板处于刚好要滑动的临界状态，此时拉力就等于摩擦力，通过压力传感器测得中层板所受的正压力N

F

式中，F

步骤3：通过单剪试验获得中层板与下层板间的摩擦参数。将中层板与下层板固定在一起，使下层板处于刚好要滑动的临界状态，此时拉力就等于摩擦力，通过压力传感器测得下层板所受的正压力N

F

式中，F

步骤4：三板界面初始粘结滑移模型的建立。图3为层压板作用下界面受力分析示意图，F

F＝P

式中，

式中，

式中，

式中，

式中，τ(s)为三板界面的初始粘结滑移模型。

步骤5：采用高速摄像技术获得层压板表面的应变分布情况。高速摄像技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等优点，使用该技术拍摄成像，经处理后，得到应变分布云图。

步骤6：计算双板界面的粘结滑移曲线。此时下层板只受到一个粘结承载力。下层板受到的剪应变ε与剪应力τ的关系式如公式(10)所示。

τ＝f(ε) (10)

中层板与下层板的相对滑移采用中层板滑移与下层板滑移的差值计算，表达式如公式(11)所示。

式中，S

由公式(10)、公式(11)可以建立剪应力τ和中层板与下层板之间的相对滑移量s之间的关系式，如公式(12)所示。

τ＝f(s) (12)

由此得到粘结滑移曲线，如图4所示，曲线上有四个特征值，分别为中层板与下层板间胶粘作用的最大剪应力τ

步骤7：计算三板界面中层板与下层板间的胶粘作用模型。中层板与下层板间的粘结作用模型

式中，

步骤8：计算三板界面中层板与下层板间的摩擦作用模型、中层板与上层板间的摩擦作用模型。中层板与上层板间不涂胶粘剂，此时层压板受到的力有界面粘结力P

式中，s

引入界面断裂能来计算摩擦作用模型。界面断裂能可以根据粘结滑移曲线与坐标轴围成的面积计算得到，三板界面的断裂能G可由中层板与下层板界面胶粘作用模型产生的断裂能G

G＝G

总的断裂能减去胶粘作用产生的断裂能，即可得到摩擦作用的断裂能。

选取在步骤5得到的界面应变传递到三板界面前(此时荷载滑移曲线处于平台段)位移云图，其对应荷载为平台荷载v

荷载由v

s

式中，a

摩擦作用模型的面积表达式如公式(18)所示，G

通过公式(18)可以求得τ

步骤9：计算无正压力作用下有粘结上层板与中层板间的胶粘作用模型。通过设计中层板粘结上层板试验，制作时使中层板仅与上层板保持粘结性能，此时受到的力有中层板与下层板界面粘结力P

胶粘作用粘结滑移曲线如图9所示。

式中，τ

步骤10：计算层压板作用下界面的粘结滑移模型。将公式(14)和公式(19)代入公式(9)，得到层压板作用下界面的粘结滑移模型τ(s)，表达式如公式(20)所示。

τ(s)＝f(s

因此，本发明采用上述基于高速摄像的层压板下界面的粘结滑移曲线计算方法，通过高速摄像技术得到应变云图，进而建立得到三板界面的粘结滑移本构模型，方法简单，实用性强，为后续的研究提供了理论指导。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。