CN110175396A - 一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，包括步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力；步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。

Description

一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法

技术领域

本发明属于粘接结构断裂失效评价领域，具体涉及的是一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法。

背景技术

目前随着对汽车燃油经济性和排放性能要求日益严苛，除了发展新能源汽车与高效率发动机外，减轻车身结构的重量也是实现节能减排的一项重要技术途径。多材料车身不仅能够较明显的减轻车身重量还能提高车身的各项性能，将是未来车身结构的发展趋势。多材料车身中异种材料的连接成为亟待解决的关键技术之一。粘接技术作为新型连接方式能够在不破坏连接材料的前提下实现异种材料的连接而且粘接结构还具有承载面积大，粘接面应力分布均匀等优点。车身粘接结构在实际服役过程中，断裂失效是其主要的失效形式，断裂失效发生时一般都难以察觉并且具有突发性。断裂失效一旦发生，裂纹就会迅速延伸至胶层的大部甚至全部，因此其发生不易发现及预防。断裂失效在工程实践过程中一旦发生往往会造成巨大危害，因此对粘接结构断裂失效的研究具有重要意义。

失效准则是仿真模型预测粘接结构强度的基础，目前对于胶层较薄的粘接结构仿真比较成熟的是采用内聚力模型，内聚力模型针对粘接结构的失效设有多种失效准则供用户选择，常用的主要有最大名义应力准则、二次名义应力准则、最大应变准则、二次名义应变准则。这些失效准则是在纯拉与纯剪切状态下通过断裂载荷除以粘接面积建立，但通常情况下胶层中的应力分布不均匀并且应力成分也不唯一，而是正剪应力同时存在，因此这些失效准则并不准确。另外，由于目前缺乏专门针对粘接结构在复杂应力状态下的断裂失效分析方法，导致粘接结构目前主要应用于车身中受力不大的非承载结构件上，限制粘接结构在工程上的进一步应用。

发明内容

本发明设计开发了一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，能够确定粘接接头的初始失效应力并确定等效应力，并通过等效应力作用粘结结构，更贴近真实失效过程，提高粘接结构断裂失效分析过程的准确性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，包括：

步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；

步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；

其中，所述初始失效应力包括三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz；

步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力：

式中，σ_eq为等效应力，σ_m为应力球张量；

步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。

优选的是，在所述步骤3中，所述复杂应力状态下的等效应力获取包括：

根据初始失效应力的三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz和应力球张量σ_m，获得偏应力的第二不变量和第三应力不变量

获得等效应力为：

式中，k为等效系数。

优选的是，所述等效系数

优选的是，在复杂应力状态下，通过线性组合法获得等效应力。

优选的是，在所述步骤2中，建立有限元模型的胶层和胶粘基材采用实体单元C3D8R，其中，C为实体单元，3D为三维，8为所述实体单元具有的节点数目，R为所述实体单元是缩减积分单元。

优选的是，在所述步骤1中，还包括初始失效区域的位置判断：

观察胶层内部裂纹与外部裂纹产生的先后顺序，并进行胶层裂纹产生位置验证试验，当胶层外部产生明显裂纹后停止拉伸并迅速卸除拉伸载荷，拍摄裂纹发展过程获得失效位置，同步记录胶层变形情况与裂纹发展的对应关系。

优选的是，在步骤1中，通过对粘接接头胶层应力进行受力分析，并根据受力情况设计制备不同拉剪比的粘接接头。

优选的是，所述不同拉剪比的粘接接头的制备包括：

采用80#～90#的砂纸沿两个固定方向交叉打磨铝合金胶粘基材；

采用丙酮对铝合金胶粘基材沿着固定方向擦拭干净并晾置10～12min；

对胶粘表面擦拭预处理剂并晾置10～12min；

将胶粘剂涂在胶粘面上，并对接头进行胶粘；

在试验环境下固化4～5周。

本发明所述的有益效果：

1、断裂分析的模拟传统上常采用内聚力模型，其初始失效基于应力准则，后续失效基于能量准则，断裂能是一个宏观能量，是裂纹及裂纹四周材料的能量之和，所以用断裂能对裂纹进行描述并不准确且准确测量难度大。本专利提出的断裂失效分析方法采用有限元技术可以计算出胶层裂纹产生之后的应力，能够在有限元仿真中把胶层整个失效过程统一采用应力表示，简洁高效地实现粘接接头强度预测。

2、基于内聚力模型的粘接结构断裂失效分析只能模拟二维平面应力状态，即平面内裂纹拓展，由于忽略三个应力分量，不适合厚胶层的模拟，而本专利方法提出的基于统一应力准则的断裂失效分析可进行复杂应力状态下胶层断裂失效分析，既可进行平面裂纹拓展模拟，也可考虑空间六个应力状态分量从而进行空间裂纹拓展模拟，更贴近真实失效过程。

3、内聚力模型中采用较多的最大名义应力准则、二次名义应力准则均由粘接接头剪切和拉伸强度试验测试建立，在试验测试过程中，胶层应力分布并不均匀，接头胶层边缘区域会存在应力集中现象，用失效载荷除以粘接面积得到的强度值与接头实际强度值偏差较大。本方法所建立的一种针对粘接结构在复杂应力状态下初始失效和后续失效统一基于应力的失效准则，能够有效解决现有失效准则描述与粘接结构的真实失效不能很好吻合的问题。

附图说明

图1为本发明所述对粘接对接接头的剪切拉伸试验示意图。

图2为本发明所述样品Ⅰ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图3为本发明所述样品Ⅰ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图4为本发明所述样品Ⅱ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图5为本发明所述样品Ⅱ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图6为本发明所述样品Ⅲ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图7为本发明所述样品Ⅲ的粘接接头的不同断面裂纹形貌。

图8为本发明所述60°嵌接接头有限元模型边界条件。

图9为本发明所述对接接头试验测试初始裂纹产生位置的确定。

图10为本发明所述对接接头仿真模型初始裂纹产生位置的确定。

图11为本发明所述对接接头胶层单元失效区域的确定。

图12为本发明所述对接接头胶层失效区域位置示意图。

图13为本发明所述对接接头胶层应力云图。

图14为本发明所述在不同拉剪比接头下的拟合曲线图。

图15为本发明所述在不同拉剪比接头下的拟合曲线图。

图16为本发明所述在不同拉剪比接头下的拟合曲线图。

图17为本发明所述在不同拉剪比接头下的拟合曲线图。

图18为本发明所述对接接头胶层仿真失效过程图。

图19为本发明所述对接接头胶层仿真失效过程图。

图20为本发明所述对接接头胶层仿真失效过程图。

图21为本发明所述对接接头胶层仿真失效过程图。

图22为本发明所述实施例中75°嵌接接头准静态拉伸试验胶层破坏过程。

图23为本发明所述实施例中75°嵌接接头准静态拉伸试验胶层破坏过程。

图24为本发明所述实施例中75°嵌接接头准静态拉伸试验胶层破坏过程。

图25为本发明所述实施例中75°嵌接接头准静态拉伸试验胶层破坏过程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，包括如下步骤：

步骤1：通过对粘接接头胶层应力进行受力分析，并根据受力情况设计制备不同拉剪比的粘接接头，对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；

步骤2：观察胶层内部裂纹与外部裂纹产生的先后顺序，并进行胶层裂纹产生位置验证试验，当胶层外部产生明显裂纹后停止拉伸并迅速卸除拉伸载荷，拍摄裂纹发展过程获得失效位置，同步记录胶层变形情况与裂纹发展的对应关系。

步骤3：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；

其中，所述初始失效应力包括三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz；

步骤4：根据初始失效应力的三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz和应力球张量σ_m，获得偏应力的第二不变量和第三应力不变量

获得等效应力为：

式中，k为等效系数。

解得等效系数

即获取复杂应力状态下的等效应力：

式中，σ_eq为等效应力，σ_m为应力球张量；

步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力，通过失效单元的依次删除观察胶层裂纹的变化并分析粘接接头的断裂失效。

实施例

首先针对复杂应力状态下粘接结构进行试验，按照一定插值制定了若干组典型拉剪比的粘接接头试验，分别对每种不同典型拉剪比的粘接接头进行标记，不同拉剪比的接头通过不同的嵌接角度的粘接接头实现。粘接接头由两根铝合金试棒和两者之间的一层胶粘剂组成。不同拉剪比的接头的嵌接角度α也不同。为了方便进行准静态拉伸试验在铝合金试棒的非胶粘一端设有通孔，使之通过销轴与拉伸试验机的十字万向节进行连接，如图1所示。由于影响粘接接头胶粘强度的因素较多，所以为了获得较好的胶粘质量，除了规定的环境外，合理与完善的胶粘工艺流程也必不可少。具体的制备流程如下：

(1)采用80#砂纸打磨铝合金基材，打磨时沿两个固定方向交叉打磨，其目的在于增大接头胶粘面的粗糙度，提高胶粘效果；

(2)用脱脂棉蘸着丙酮对铝合金胶粘基材进行擦拭，擦拭时注意只能沿着一个固定方向，其目的是为了清除胶粘面上的灰尘与油污，擦拭干净并晾置10分钟；

(3)对胶粘表面擦拭预处理剂Primer M并晾置10分钟；

(4)采用胶枪将ISR-7008胶粘剂涂在胶粘面上，用胶粘夹具对接头进行胶粘。

(5)在试验环境下进行4周的固化。

采用电子万能拉伸试验机与DIC-3D图像采集系统对若干组典型拉剪比的胶粘头分别进行准静态拉伸试验获得初始失效载荷与初始失效区域，通过不同拉剪比接头的失效过程图可知初始失效点发生在胶层四角位置且随着嵌接角度减小粘接接头的颈缩现象越来越不明显。表1所示为不同接头形式的初始断裂载荷与最大断裂载荷。

表1不同接头形式粘接接头的初始断裂载荷与最大断裂载荷

接头准静态拉伸试验过程中通过宏观观察发现胶层裂纹首先发生在胶层的角点位置，但是由于试验条件的限制，宏观观察的方法只能从胶层的外部开展，所以通过宏观观察的方法无法判断胶层内部裂纹与外部裂纹产生的先后时间顺序。因此为了解决上述问题，设计胶层裂纹产生位置的验证试验，将专门设计的胶粘基材胶粘成接头，在粘接接头完全固化后做准静态拉伸试验，在拉伸试验过程中当胶层外部产生宏观明显裂纹后停止拉伸并迅速卸除拉伸载荷。沿着胶粘基材设计好的切割路径将接头锯成片状，观察胶层裂纹情况，根据内部接头片与外部接头片上胶层裂纹的有无判断胶层失效首先发生的位置，结果显示粘接接头在受拉伸载荷时胶层裂纹的始发位置在胶层的外侧并非胶层内部，如图2-7所示，为三个完全相同的粘接接头即样品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的不同断面裂纹形貌图。

在ABAQUS(有限元)软件中建立与试验相同尺寸的若干组典型拉剪比粘接接头的有限元模型，以60°嵌接接头的三维仿真模型为例，如图8所示。胶层和胶粘基材都采用实体单元C3D8R(“C”表示为实体单元，“3D”表示为“三维”，“8”是这个单元所具有的节点数目，“R”指这个单元是“缩减积分单元”)，考虑到主要的变形来自胶层且重点关注胶层的应力分布，所以需要将胶层的网格划分的足够细，为此，胶层网格最大为0.33mm×0.33mm×0.33mm。为节省计算资源，试验中胶粘基材铝合金的截面尺寸为25mm×25mm，在建模中将其截面尺寸设为25mm×12.5mm，达到适当减少基材网格的数量又不会改变胶层中应力分布的效果，为了保证试验测试与仿真分析的一致性在粘接接头的对称面上施加了对称约束。在模型左侧采用固支约束，将由准静态拉伸试验获得的初始断裂载荷作为仿真模型载荷边界条件，施加在仿真分析模型的右侧，为方便施加集中载荷采用了Coupling接触，通过建立参考点RP与右侧几何面形成相同的刚体运动。本实施例中，采用ABAQUS 6.14-3显示分析模块进行准静态求解计算。

根据仿真试验结果对失效点位置进行确定，由于已通过试验对胶层初始裂纹的产生位置进行了验证，所以可以观察试验中胶层初始裂纹产生的位置，并确定出仿真模型中胶层单元失效区域的位置。为了确定出胶层中初始失效的具体位置(失效点)，以对接接头为例，如图9、10及图11所示，其初始裂纹产生在胶层的角点处，对应地确定出仿真模型中的胶层失效位置，对应的失效单元即失效点。其他粘接接头按照上述方法确定出各自仿真模型中胶层单元的失效点。

为了能够对不同拉剪比的粘接接头的强度进行很好的预测，需要对胶粘胶层的应力状态进行分析。有限元分析结果表明胶层表面与胶层中心层的应力分布趋势大致相同，在相同位置胶层表面的应力值要高于中心层的值，沿胶层的长度方向三个正应力分量(σ_x、σ_y、σ_z)都呈先增大再趋于平稳，最后减少的趋势。对接接头的胶层中以正应力为主，剪应力占比很少，胶层的边界附近剪应力τ_xy、τ_yz、τ_xz数值有快速地增加。在胶层失效区域确定后为了将胶层失效区域失效点的应力状态提取出来采用Python语言编写程序将胶层单元的应力状态读取出后存储在Excel中方便后续处理操作，既提高了数据提取的效率又减少了操作失误。对于其他接头也按照同样的方法对程序稍作修改即可提取出胶层失效点的应力状态。对接接头胶层失效区域位置如图12所示，应力数据如表2所示。

表2对接接头胶层失效应力

进一步进行等效应力构建。胶粘剂强度是粘接接头强度的基础，对于特定胶粘剂和基材的粘接接头，其强度大小应该不受接头拉剪比的影响，即其强度不受失效点应力状态的影响，所以不同拉剪比的粘接接头的强度在理论上是一个恒定值。基于上述理论，计算出不同失效点的六个应力分量，三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z及三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz，由弹塑性力学中有关公式计算应力球张量σ_m，偏应力的第二不变量和第三应力不变量

利用线性组合法计算得到将作为等效应力计算公式时能准确的预测胶层单元失效位置，除此之外等效应力还需要满足在单向应力状态下，即σ_x≠0,σ_y＝σ_z＝τ_xy＝τ_yz＝τ_xz＝0，保证满足σ_eq＝σ_x。需要满足下面关系：

求得则等效应力公式为：

其中：应力球张量

利用线性组合法计算得到将作为等效应力计算公式的过程具体包括：

由上述分析可知单个应力量都不能够准确地作为等效应力对胶层的失效进行评价，因此需要将多个应力量的组合结果作为等效应力，最基本的组合方法即为线性组合法。线性组合法即将两个或两个以上相同量纲的应力量进行线性组合。为简便起见，先从最基本的线性组合开始，即任意两个相同量纲的应力量的线性组合，如果两个应力量线性组合的结果仍然没有求出符合要求的等效应力时，再进行三个同量纲应力量的线性组合，依次类推，直到求出等效应力。

从上述量纲为MPa的应力量中任选两个，令：一个应力量为另一个应力量为(其中x的取值范围为0≤x≤90)，则有 按照嵌接角度分别取0°、30°、45°、60°、90°在每个应力量的拟合曲线上的应力值，这样根据每个确定的α、β都可以求得五个k值，即：k₁，k₂，k₃，k₄，k₅。当k₁，k₂，k₃，k₄，k₅的标准差δ≤0.01，α和β为所求解。求出等效应力后，检查等效应力是否满足等效应力必须满足的条件。

由于本发明中要进行线性组合的数量较多所以为了提高α和β的求解效率，编写了MATLAB程序利用计算机进行求解。求解的核心思想为：通过在α∈R,β∈R内选取任意的α和β带入中进行试算并判断其所求的标准差是否满足δ≤0.01的要求，如果满足要求则停止计算并记下此时的α和β，如果不满足则继续下一组试算。线性组合结果如表3所示：

表3线性组合结果

经过上述计算发现在上述表格中标准差δ≤0.01的有5组，分别为：0.00381*σ₁+0.05425*σ₃、0.02*σ₂+0.11*σ₃、0.11*σ₃+0.023*τ_max、0.11*σ₃+0.013*σ_m、0.027*σ₃+0.001*I₁。分别将上式带入模型中计算发现计算出的等效应力都存在负值，所以以上五组线性组合的结果都不满足等效应力的条件，不能作为等效应力，还需要再继续寻找。

由于上面各个量之间的量纲并不相同所以之间不能相互直接进行线性组合，因此有必要先探究清楚他们各自的量纲，各个量的量纲如表4所示：

表4各应力量量纲表

通过上表可知各个应力量共有三种量纲，分别为MPa、MPa²和MPa³，针对不同量纲的应力量先采用比值法使所得到的应力量的量纲降为MPa之后再进行线性组合，如表5、6所示。比值法即将高次量纲的应力量除以低次量纲的应力量，使比值的量纲为MPa。

按照计算得：

表5比值法求解新应力量

再按照计算得：

表6比值法求解新应力量

通过上述比值法可以将得到的应力量的量纲统一为MPa。在所有应力量的量纲统一之后就可以采用线性组合法构建新的应力量。按照等效应力非负的原则将一些值为负的应力量排除之后，剩下的应力量为： 做出它们在五组不同拉剪比接头中的拟合曲线如图14-17所示。

将进行线性组合，线性组合结果如表7所示。

表7线性组合结果

由上述线性组合后计算的结果可知：只有的标准差最小并且能够满足δ≤0.01的要求，所以不再进行其他情况的线性组合。

将带入模型中计算发现计算出的等效应力都为正值，然后将带入到对接接头的仿真模型中计算得到应力云图，通过图13可以发现根据值的大小可以将失效点与未失效点区分开，即利用能准确的预测失效点的位置，并且其最大值发生在胶层的失效区。由上述分析可知满足等效应力的所有条件。

对于采用ISR-7008胶粘剂的对接接头，结合上述等效应力公式和的拟合曲线可以求得若干组拉剪比的粘接接头失效时的等效应力并获得[σ_eq]_max＝1.827MPa。即当胶层单元的等效应力大于等于1.827MPa时胶层单元开始发生失效。基于该等效应力公式建立得出初始失效准则的数学表达式，其表达式为：

进一步地，初始失效准则的数学表达式可表示为：

根据断裂力学，断裂能可由应力应变曲线所围面积计算，是由应力唯一决定的，因此，单元后续的损伤演化在理论上可以由应力进行控制。初始失效与后续失效都采用基于应力的失效准则(即根据等效应力的施加来判断粘接接头的失效)在理论上可行，将建立的初始失效准则应用于后续失效的过程中，即在粘接接头胶层失效的整个过程当中只考虑使用一种基于应力(等效应力)的失效准则，失效过程中胶层等效应力等于或大于[σ_eq]_max＝1.827MPa时，将会满足失效准则胶层单元发生失效并被删除，记录对应失效应力。

基于的用户子程序VUMAT利用Fortran语言将失效准则嵌入到整个仿真计算过程中进行失效过程分析及载荷预测分析，当单元应力大于或等于失效准则中的等效应力时该单元发生失效并被删除，通过失效单元的依次删除可以观察到胶层裂纹的演化扩展过程。

下面结合实施例对所建立的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法有效性进行验证：

以对接接头为例，从开始发生失效的前一时刻到胶层出现明显裂纹之间的等效应力SDV3的应力云图。如图18-21所示，随着载荷增加胶层单元的等效应力逐渐增加，当单元的等效应力大于等于等效应力的极限值时胶层发生破坏，该破坏过程从胶层边缘的角点处开始，并且在第一个单元发生失效后将失效单元删除，随着载荷的施加第一个失效单元的临近单元应力也随之增加，当其满足失效准则时该单元也将随之失效，在宏观上就演化为胶层失效后裂纹的扩展。胶层的失效单元的失效由胶层边缘的角点处向胶层的两个边长方向扩展，再向胶粘区域的内部扩展，仿真失效过程与试验测试中观察到的失效过程一致，同时说明所建立失效准则的准确性。

失效载荷预测分析方面，在五种拉剪比接头中选用75°嵌接接头进行仿真测试，由图10云图可见75°嵌接接头失效过程从靠近铝合金基底的胶层边缘开始，然后向两边扩展同时沿着胶粘面向胶层内部延伸，与前面其他拉剪比接头的失效过程基本一致。仿真结果中胶层的失效过程与试验测试中的失效过程同样吻合的，仿真分析获得的失效载荷为1717.6N，试验测试获得失效载荷为1936.4N，相对误差为11.3％，说明了本发明基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法可行，可以适用于任意拉剪比的粘接接头的失效载荷预测。

本发明提出的断裂失效分析方法采用有限元模型可以计算出胶层裂纹产生之后的应力，能够在有限元仿真中把胶层整个失效过程统一采用应力表示，简洁高效地实现粘接接头强度预测。本发明既可进行平面裂纹拓展模拟，也可考虑空间六个应力状态分量从而进行空间裂纹拓展模拟，更贴近真实失效过程，能够有效解决现有失效准则描述与粘接结构的真实失效不能很好吻合的问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，包括：

步骤1：对不同拉剪比的粘接接头进行准静态拉伸试验，获得不同拉剪比的粘接接头的初始失效载荷与初始失效区域；

步骤2：建立与试验尺寸相同的不同拉剪比的粘接接头的有限元模型，将所述初始失效载荷施加到有限元模型中与所述初始失效区域对应的位置，获得初始失效点以及初始失效应力；

其中，所述初始失效应力包括三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz；

步骤3：获取不同拉剪比的粘接接头在复杂应力状态下的等效应力：

式中，σ_eq为等效应力，σ_m为应力球张量；

步骤4：建立需进行断裂失效分析的粘接接头的有限元模型，并施加单向应力，当应力大于或等于最大等效应力时，粘接接头的胶层开始失效，确定失效单元并被删除，记录对应失效应力。

2.如权利要求1所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，在所述步骤3中，所述复杂应力状态下的等效应力获取包括：

根据初始失效应力的三个正应力分量σ_x、σ_y、σ_z和三个剪应力分量τ_xy、τ_yz、τ_xz和应力球张量σ_m，获得偏应力的第二不变量和第三应力不变量

获得等效应力为：

式中，k为等效系数。

3.如权利要求2所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，所述等效系数

4.如权利要求2或3所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，在复杂应力状态下，通过线性组合法获得等效应力。

5.如权利要求1所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，在所述步骤2中，建立有限元模型的胶层和胶粘基材采用实体单元C3D8R，其中，C为实体单元，3D为三维，8为所述实体单元具有的节点数目，R为所述实体单元是缩减积分单元。

6.如权利要求1所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，在所述步骤1中，还包括初始失效区域的位置判断：

观察胶层内部裂纹与外部裂纹产生的先后顺序，并进行胶层裂纹产生位置验证试验，当胶层外部产生明显裂纹后停止拉伸并迅速卸除拉伸载荷，拍摄裂纹发展过程获得失效位置，同步记录胶层变形情况与裂纹发展的对应关系。

7.如权利要求1所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，在步骤1中，通过对粘接接头胶层应力进行受力分析，并根据受力情况设计制备不同拉剪比的粘接接头。

8.如权利要求1所述的基于统一应力准则的粘接结构断裂失效分析方法，其特征在于，所述不同拉剪比的粘接接头的制备包括：

采用80#～90#的砂纸沿两个固定方向交叉打磨铝合金胶粘基材；

采用丙酮对铝合金胶粘基材沿着固定方向擦拭干净并晾置10～12min；

对胶粘表面擦拭预处理剂并晾置10～12min；

将胶粘剂涂在胶粘面上，并对接头进行胶粘；

在试验环境下固化4～5周。