在这些不同材料之间实现高质量连接至关重要。传统的金属-金属连接方法（如焊接）并不适用。替代方法（如螺丝和铆钉等机械固定方式）可能会引入应力集中和加工缺陷，从而导致早期失效。而粘合剂粘接则无需高温或机械应力，能提供更均匀的应力分布，特别适用于轻质多材料连接，并具有减振、提高疲劳抵抗力和抗腐蚀等优势[2],[3],[4],[5],[6],[7]。
为了优化复合材料的粘合强度，必须确保表面质量，包括去除杂质、进行表面活化及结构处理[8]。在表面处理方法中，激光烧蚀技术因其高效性和环保性而备受青睐[9]。根据波长不同，激光可分为近红外（NIR）激光（吸收率为6%）和紫外（UV）激光（吸收率为0.8%）[10]。激光可以在表面创建规则排列的微结构，从而增加粘合剂与基体之间的接触面积，提高相互作用效果；同时，激光处理可重复进行[11],[12],[13]。多项研究表明，NIR激光处理可增加CFRP基体的表面粗糙度及能量，从而提升单层接头的剪切强度。激光辐射被纤维吸收后，分解产物的反冲压力会形成贴合纤维形状的活化表面，增强CFRP与粘合剂之间的粘结强度[10],[12],[14],[15]。然而，激光处理的成本和可用性限制了其广泛应用。相比之下，使用溶剂清洗具有较高的处理效率，且对清洁度和操作安全要求较低，尽管溶剂本身具有一定的毒性[8],[12],[14],[16]。
在实际应用中，部件会承受循环载荷，这可能引发并扩展粘合接头中的疲劳裂纹。环境因素（尤其是温度和湿度）会对粘合接头产生显著影响[7],[17],[18],[19],[20]。研究发现，同时经历热老化和机械应力作用的接头比单独受这两种因素影响的接头损伤更严重。经过15天的湿热和机械老化后，粘合接头的强度下降了10%至28%，这主要是由于粘合剂性能下降所致。循环老化过程中强度会持续下降，尤其是在初期[5]。这种强度下降与水分吸收、水解反应及链断裂有关[21],[22],[23]。另一项研究考察了两种老化条件：恒定湿热老化（温度80°C，相对湿度95%）和循环湿热老化（温度范围-40至80°C，相对湿度30至95%）。结果表明，湿热老化后接头的静态和疲劳强度均有所下降，其中疲劳强度受影响更为显著[7]。在粘合剂粘接的混合接头中，机械性能取决于接头中最薄弱的环节，这一环节决定了失效模式和最终的剪切强度。这一概念被称为“最弱环节模型”，常用于描述脆性陶瓷材料的力学性能[24]，它将接头视为由多个潜在失效路径组成的链条：CFRP的近表面层内强度、两个粘接界面处的粘合强度以及粘合剂本身的内聚强度。基于我们2017年的研究成果[8]，其他研究人员利用最弱环节模型进一步分析了激光辅助表面处理对CFRP/Al混合接头力学性能的影响[13]。
如上所述，我们在理解激光处理[8],[10],[12],[13]、湿热老化[26],[27],[28]以及疲劳抵抗性[7],[29],[30]对粘合CFRP/Al混合接头力学性能的影响方面取得了显著进展。然而，这些现象背后的失效机制仍不完全清楚，尤其是这些机制如何受制造和应用条件的影响，亟需系统性和定量研究。本研究通过结合表面处理、受控湿热老化以及准静态和循环机械测试来填补这些知识空白。本研究的关键创新在于对每种载荷水平下的失效模式进行了定量分析，并基于这些数据应用最弱环节模型[8],[13],[31]来解释失效机制，从而揭示预处理后界面特性（尤其是在湿热老化和动态载荷作用下的变化）的影响。总体而言，本研究旨在：i) 探究表面处理（包括丙酮清洗和NIR激光处理）对CFRP/Al接头在准静态和循环载荷下的力学性能的影响；ii) 评估循环湿热老化对力学性能的影响；iii) 通过深入的定量断口分析研究不同预处理条件、老化历史和机械载荷下的失效模式；iv) 利用半定量最弱环节模型解释失效模式及其变化。
