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在工业轻量化趋势下，短纤维增强热塑性塑料因其易加工、成本低的优势，应用日益广泛。在多结构设计的应用中，需将短纤维增强热塑性塑料与其他材料进行粘接，而如何准确有效地预测其粘接接头的强度，以确保结构的安全成为亟需解决的问题。针对这一问题，日本庆应大学的Masaki Omiya提出了利用直接法计算两种（Based on J, Based on G）J积分值以获取内聚力模型（CZM）参数，并基于此方法开发了一种预测使用短纤维增强热塑性塑料作为被粘件的粘接接头强度的方法，为相关产物的设计与性能评估提供了更精确的工具。

图 1 端部切口弯曲（ENF）试验示意图及分析参数说明

本文通过端部切口弯曲（贰狈贵）试验来模拟接头在剪切力作用下的滨滨型失效过程。被粘件为短纤维增强热塑性塑料，粘接剂为环氧树脂，在进行试验之前采用激光烧蚀处理被粘件表面，使用金属薄膜和特氟龙胶带来控制胶层厚度并预制初始裂纹。试验过程中采用位移控制的方式进行叁点弯曲加载。最后结合分析所得的颁窜惭参数进行有限元分析（图2），以验证本文所用方法的正确性。

图 2 ENF试验有限元分析的边界条件和网格模式

研究人员利用ENF试验数据考虑了II型断裂J积分的两种不同形式：一种考虑了被粘件塑性变形所消耗的能量（Based on J），另一种则假定被粘件为纯弹性（Based on G）。他们分别基于这两种J积分推导出了两组不同的CZM模型参数（图3），并将这两组参数代入到有限元分析中，得到了ENF试验有限元分析的载荷-位移曲线。将ENF试验的实验数据与有限元结果做对比，结果表明，基于纯弹性假设的J积分所推导出的CZM参数能更准确地预测粘接接头的实际强度。

图 3 基于两种不同形式的J积分所得的CZM参数

图 4 ENF试验载荷-位移曲线的实验数据和有限元结果对比

综上所述，本文开发了一种用于预测短纤维增强热塑性塑料作为被粘件的粘接接头强度的方法。通过直接法分析ENF试验的实验数据得到两种假设下的CZM参数， 然后基于所得的两组CZM参数分别进行有限元分析，并将模拟的载荷-位移曲线与实验结果相对比，发现在使用低刚度的增强热塑性材料(如短纤维增强复合材料)的粘接接头中，基于纯弹性假设下的直接法预测得到的粘接接头强度参数与实际情况更相符。本文的工作为在粘接系统中获得CZM参数以建立CZM模型提供了新的思路。

相关研究论文以“ Validation of mode II cohesive law obtained using the direct method with short-fiber-reinforced thermoplastic adhesively bonded end-notched flexure joints"为题发表在《Engineering Fracture Mechanics》。