在兩個被粘物之間傳遞載荷的區域被有效地拉長了。對不同尺寸膠粘劑毛邊的接頭,沿著膠粘劑層搭接長度方向上的平均剪應力的分布曲線。在搭接長度以外的分布曲線圖上用虛線表示,顯示出在膠粘劑毛邊內載荷傳遞的區域。在膠粘劑毛邊內,由載荷所引起的主要是拉伸應力,因而很難得到有意義的剪切應力分布情況,作用在完全覆蓋被粘物端頭的膠粘劑最大毛邊上的最大剪應力是膠層矩形端麵時最大剪應力值的70度高的膠粘劑毛邊,可使最大剪應力值減少15%。由此可見,在考慮到膠粘劑毛邊的作用後,所得到的最大剪應力值明顯地減小了。
在使用低韌性膠粘劑粘接鋁與鋁搭接接頭的膠粘劑毛邊中,受力後所形成的裂紋方向近似地與用有限元分析法得到的最大主應力方向相垂直。一般地講,這些裂紋都接近於被粘物的邊角上。在膠粘劑毛邊中裂紋形成的區域。這些觀察結果,使得人們重視下述觀點,即搭接接頭中發生破壞是由於膠粘劑毛邊內部過高的拉伸應力引起的。膠粘劑的粘結性破壞是以這種方式發生在正常的、粘接牢固的接頭中。(在膠粘術語中,“粘附破壞”意味著在被粘物與膠粘劑兩者之間的粘接遭到破壞;“粘結性破壞”意味著所使用的膠粘劑材料內部發生完全斷裂)。當然,如果被粘物與膠粘劑之間的膠接界麵薄弱,膠粘劑毛邊不是發生斷裂,而是由膠粘劑毛邊中的拉伸應力作用,使膠粘劑從承受載荷的被粘物表麵拉離開。
在雙搭接接頭膠粘劑毛邊內發生的典型裂紋。一旦裂紋發生,作用在該接頭的載荷就會鬆脫,使裂紋不再擴展。利用超聲監視器可以發現接頭最初發生的破壞。亞當斯等人(1978年)也指出,膠粘劑毛邊中的裂紋起初在被粘物邊角上,然後擴展到毛邊的自由表麵。為此,他們專門在膠粘劑毛邊內插入一個金屬薄墊片,以阻止裂紋擴展。
當搭接接頭完全破壞時,在膠粘劑毛邊中的初始裂紋轉向沿著或者接近於膠粘劑層與被粘物之間的膠接界麵擴展。
應該注意到,接頭在加工製作時殘留在被粘物上的膠粘,對於兩個被粘物中的任何一個不用機械加工的方法是很難完全除掉的。這樣一來,對於某些在尺寸上接近於膠層厚度的膠粘劑毛邊,便很可能殘留在任一接頭的端部。此外,使用機械方法清除溢出的膠粘劑,特別是對於較脆的、耐高溫的膠粘劑,會在膠粘劑中引起裂紋。這樣,帶有矩形棱邊的膠粘劑層不僅不希望有,而且也是不可能產生的,甚至在實際中很難得到。
減少應力集中,有限元分析的結果之一是,在搭接接頭膠層中的最大主應力,不僅發生在靠近膠層的端頭處,更確切地說,是在被粘物無負載端頭的邊角區域內。由此可認為,將被粘物的邊角製成圓弧狀,有可能增強接頭的強度。亞當斯和佩皮亞特在1974年對被粘物無負載端頭半徑圓弧的邊角進行了分析,其最大主應力值比被粘物端頭為直角時的主應力要小得多。
被粘物用鋁合金製成,其中一個被粘物的無負載端頭的邊角用手工做成半徑的圓角。圓角的表麵用標準的腐蝕方法處理,再用膠粘劑粘接。然後將該接頭按照規定進行拉伸試驗。由實驗獲得的實測強度和用有限元法計算的強度值。采用圓弧形邊角並沒有使強度得到有效的增加,隻是略有改進(增加小於3外),這顯然不是指由有限元模型預估的值而言的。這是因為將被粘物進行腐蝕紳理,會使被粘物的端頭邊角形成一個小圓弧,即使被粘物端頭名義上為直角的邊角也如此。因此,有限元模型亦修改為在被粘物端頭邊角上有一個小的削角麵。由這一模型預測得到的膠粘劑主應力最大值非常接近於被粘物端頭邊角有圓角接頭的數值。
近來,克勞考勃和亞當斯研究了在材料和幾何特性的範圍內,什麼樣的毛邊填角能影響膠粘劑的應力分布。同時,他們還研究了沿膠層厚度的應力分布,該變量在其它大多數分析方法中被假定為常量(但是對剝離應力,奧爾曼在分析中顯然沒有將它假定為常量)。他們采用了一個比由亞當斯和佩皮亞特使用的更先進的有限元係統,選用了平麵應變、二維的、矩形的、二次曲線邊界的等參數單元。網格劃分是逐步加細,直到能得到穩定的應力分布為止。在這個網格中,在搭接區內沿膠層厚度上排列了4個單元。他們使用低載荷,以便使分析結果能同具有戈蘭德和賴斯納分析中的彎矩係數的單搭接接頭,或同一個雙搭接接頭進行比較。從搭接區端頭到不同距離處,沿著膠層厚度方向上膠層的主應力、剝離應力和剪應力的變化情況。從搭接區端頭起,除了很短一段距離之外,沿著膠層厚度方向上的應力基本上是均勻分布的,主應力和剝離應力曲線比剪應力曲線變平緩的速率更快。對於這種在搭接端頭附近,沿膠層厚度方向應力變化的一個可能解釋是,由於被粘物無負載端頭突然性變化造成的。在搭接接頭附近沿平行於膠層長度的三個橫向平麵上同樣的應力曲線,即作用在端頭無負載被粘物與膠層的膠接界麵、膠層中心平麵和端頭有負載被粘物與膠層的膠接界麵上的主應力、剝離應力和剪應力曲線。此外,搭接區內應力變量向著搭接區的端頭而增大。可見,剪應力的最大值正好發生在搭接長度內。應力分布曲線中的峰值看來是隨應力平麵到端頭無負載被粘物間的距離增加而從搭接端頭轉移到膠層毛邊的內部。這種判斷或許能成立,因為在搭接接頭上,載荷不可能沿膠層厚度垂直地傳遞。最大載荷很可能從有負載的被粘物傳到接頭搭接區前,穿過膠層傳到端頭無負載被粘物的邊角上。因此,應力峰值的位置可能與這個載荷作用線相一致。所有膠粘劑應力最大值均位於接頭搭接區之內,最大主應力則作用在端頭無負載被粘物的邊角上,且與接頭縱向軸線成45度角的方向上這一特點首先是由亞當斯和佩皮亞特在1974年闡述的、最大剝離應力正好在搭接區端頭的膠層內,最大剪切應力在距搭接區端頭很近的膠粘劑和被粘物的內膠接界麵上。
奧爾曼在1977年用有限元法求得沿膠層厚度的應力平均值,並與用分析法解得的結果作了比較。所得的膠粘劑剝離應力和剪應力的結果。這裏有幾點需要說明,首先,當膠層端頭模擬為矩形端麵時,其結果與奧爾曼的結果接近一致。然而,當采用全覆蓋式膠粘劑毛邊時,膠粘劑上的剝離應力和剪應力都顯著地減小。應力明顯減小是局部的,因為膠粘劑毛邊承擔了總載荷中相當大的一部分。但是,另一個不一致結果由奧爾曼的假設中引出,即剝離應力沿膠層厚度方向成線性變化,而實際剝離應力在膠層厚度方向上的變化更接近於指數曲線。用線性近似法給出的平均應力值比實際出現的大一些。
然而,當以有限元分析法分析端頭為矩形端麵的膠層時,如同奧爾曼所分析的、其結果明顯地變差。圖幻表示了端頭為矩形端麵膠層和帶有全覆蓋式膠粘劑毛邊的主應力預測值。由此看出,有負載被粘物表麵上預測有大的拉伸主應力,在端頭無負載被粘物的角上有較小的壓縮應力。