(1)不均勻應變;
(2)因管子搭接重疊部分的非線性重合引起的彎曲;
(3)端部效應。
在扭轉中,沒有彎曲作用,隻需考慮不均勻應變和端部的效應。
盧布金和賴斯納在1956年分析過在軸向拉伸載荷作用下,管狀搭接接頭中的應力,並且給出了在膠層中剪應力的解法和由被粘物彎曲而引起的沿著膠層厚度方向上的正應力的解法。他們分析方法的假設條件是:膠粘劑可近似地視為一無限多個受拉伸和剪切作用的彈簧,並且忽略不計在被粘物中的應力和作用,因為這些應力作用與膠粘劑中類似應力相比,微不足道。他們提出了對具有不同形狀和材料特性(通常是線彈性)的48個管狀接頭的研究結果。這些研究結果表明,在膠層端部的值最大。然而,由於膠層端部為自由表麵,這裏的值必須為零。因此,在靠近接頭端頭處應該有一個較大的剪應力梯度。這是因為在一個很短的距離內,剪應力從自由表麵的零值很快增長到某個最大值。考慮到應力平衡,這個高剪應力梯度與沿膠層厚度方向的正應力梯度相伴而生亞當斯和佩皮亞特。
曾給出了有關對剪應力~的解析解。但為了便於分析,他假定管子具有相同直徑。今天看來這種簡化的必要性不大了,而且亞當斯和佩皮亞特在1977年已給出了克服管徑變化限製的解析解理論。由於環向中沒有自由表麵,在接頭端處剪應力~為最大值。
對在其它載荷條件下的管狀搭接接頭應力,也進行了研究。特瑞科娃和斯科利給出了忽咯被粘物彎曲影響的管狀搭接接頭在內、外壓力作甩下的應力解析解。庫科夫亞金和斯科利,建立了受軸向對稱扭矩力係作用的管狀搭接接頭的應力微分方程,而且考慮了被粘物的彎曲效應。但是,他們根據所給出的厚管壁結果認為,彎曲效應可以忽略,從而可使基本方程得到簡化。奧爾沃和納蓋雷雅介紹過在考慮膠粘劑粘彈性特性的拉伸作用條件下管狀搭接接頭的有限元分析法。然而,他們僅給出了彈性的簡要情況,並沒有考慮到實際存在的膠粘劑毛邊這一重要部位,因為最大應力正是發生在膠粘劑毛邊中。
亞當斯和佩皮亞特(1977年)使用了有限元分析技術確定在拉伸和扭轉載荷作用下的管狀搭接接頭應力,並考慮到膠粘劑毛邊通過應力消除熱處理的作用,從而得到應力集中的真實結果。他們的成果表明,在軸向載荷作用下對帶有膠粘劑毛邊的有限元模型中預測出的應力集中值要比根據盧布金和賴斯納理論預測出的應力集中值更大。這是因為使用封閉方程組解析解法不能求得真實的應力集中值。也就是說,應力集中是由端部效應所引起的。在扭轉的情況下,膠粘劑毛邊對應力集中方麵的影響並不太重要。因為從封閉方程組解析解得到的應力集中值與有限元模型預測出的數值是相近的。他們還研究了被粘物部分製成管狀斜角搭接接頭的影響。得出的結論是,管狀斜角搭接接頭在軸向載荷作用下,其應力集中減少並不顯著。因此,若僅從這種接頭型式可以減少應力集中來看,生產這種接頭是不值得的。
對接接頭
對接接頭常為軸對稱形,但被粘物也有矩形或正方形的。對接接頭廣泛地用於膠粘劑剪切、拉伸或壓縮應力性能試驗的樣件上。因為至為重要的是可以根據接頭中應力分布情況分析試驗結果。在實際承載結構中不常進到對接接頭,雖然在承受拉伸、壓縮和剪切中對接接頭還是很堅固的,但它們在髙的剝離應力或劈裂應力所產生的相應的彎矩作用下,還是很容易斷裂的。
對接接頭的主要價值在於,這種接頭可為人們提供一個測定結構型膠粘劑機械特性的方便方法。可利用各種技術來分析應力和應變。雖然在屈服發生後,難以應用封閉方程組分析方法,但對於彈性區,用簡單的封閉方程組來分析已足夠了。使用對接接頭的優點是:膠粘劑是在薄膜狀態下做的性能試驗,而大多數對接接頭使用這種膠粘劑,所以就不必再用大量的樣品進行試驗(有些試件很難製做,因為膠粘劑在硬化時發生放熱反應)。在對接接頭表麵上的應力分布是簡單的,但難題仍然是端頭效應。如果承受載荷的接頭破壞,且破壞應力是任意一種,那麼,這個破壞應力必然是複雜的和實際存在的,但不是使人誤解的近似值。
德布·魯尼建議在扭轉載荷下,使用環形對接接頭來測量純剪應力狀態下膠粘劑的特性。環形對接接頭或稱“餐巾環”試樣能使在膠粘劑中的剪應力變化幅度降到最低。
用於膠粘劑拉伸試驗的對接接頭,通常設計成圓形橫截麵,以便於製造和保持對稱。在這種情況下,接頭是環形體還是實心體的,似乎沒有多大差別。在承受拉伸載荷的對接接頭中,膠粘劑在被粘物的徑向和圓周方向上受到約束。當沒有這種約束時,膠粘劑相對於被粘物易產生徑向收縮,因為膠粘劑的模量相對低得多。由於被粘物具有引起膠粘劑的徑向和周向應力的作用,因而增加了接頭的剛度。最簡單的分析方法是,假設在被粘物和膠粘劑中徑向和圓周的應變為零。在這種情況下,徑向和周向應力可由下式給出:
庫恩茲和史蒂文斯考慮到被粘物的應變,修改了上述計算方法。他們假定膠粘劑中的徑向應變等於被粘物的周向應變,在這些簡單的分析中,忽略了在膠粘劑自由邊界上,其徑向應力必須是零的必要條件,這就意味著在膠層中必然存在著剪應力。