اتصال چسبی
در نشریات گروه مکانیک-
صفحات غیر همسانگرد1 مورد استفاده در سازه های کامپوزیتی در معرض کمانش های موضعی ازجمله کمانش فشاری قرار دارند. در فرآیند طراحی و ساخت اغلب سازه های بزرگ و یا سازه ها با هندسه پیچیده، اتصالات در سازه گریزناپذیر است. امروزه اتصالات چسبی به دلیل برخی مزیت ها نسبت به اتصالات مکانیکی کاربرد گسترده ای در اتصال سازه های کامپوزیتی پیدا کرده است. در این مقاله به بررسی پدیده کمانش صفحات چندلایه مستطیلی غیر همسانگرد متصل شده با چسب پرداخته شده است و اثرات نیرویی لایه چسب تحت شرایط بارگذاری کمانشی بررسی شده است. به منظور به دست آوردن بارهای بحرانی کمانش تحت شرایط مرزی مختلف از روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته2 استفاده شده است. تحلیل کمانش بر مبنای روابط تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول2 برای مواد کامپوزیت کربن/اپوکسی، شیشه/اپوکسی و کولار/اپوکسی با لایه چینی های مختلف ارائه شده است. اثر ضخامت و جنس چسب به عنوان لایه اتصال بررسی شده است. در صفحات از یک نوع لایه چینی، صفحات از جنس کربن اپوکسی دوجهته استحکام کمانشی بالاتری را از خود نشان می دهند و به صورت کلی هر چه نسبت طول به عرض صفحات بیشتر شود، استحکام کمانشی افزایش می یابد. در اتصالات با نتایج به دست آمده با استفاده از روش آنالیز اجزای محدود در نرم افزار آباکوس4 مقایسه شده اند.
کلید واژگان: کمانش فشاری، صفحات کامپوزیتی، اتصال لب به لب5، اتصال چسبی، روش مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافتهOrthotropic plates used in composite structures are subject to local buckling, including compressive buckling. In the process of designing and building most large structures or instruments with complex geometry, joints in the structure are unavoidable. Today, adhesive joints are widely used in connecting composite structures due to some advantages over mechanical joints. In this article, the buckling phenomenon of orthotropic rectangular multilayer plates connected with glue has been investigated, and the force effects of the glue layer under buckling loading conditions have been studied. In order to obtain the critical buckling loads under different boundary conditions, the generalized differential quadrature method (GDQM) has been used. Buckling analysis is presented based on first-order shear deformation theory (FSDT) for carbon/epoxy, glass/epoxy and Kevlar/epoxy composite materials with different porcelain layers. The effect of thickness and type of the adhesive as a bonding layer has been investigated. In plates made of a type of porcelain layer, two-way carbon epoxy plates show higher buckling strength, and in general, the higher the ratio of length to width of the plates is, the higher the buckling strength will be. In the connections, the obtained results have been compared with the results from the finite element analysis in ABAQUS commercial software.
Keywords: Compressive Buckling, Composite Plates, Lap- Joint, Adhesive Joint, GDQM -
روش مناسب برای اتصال پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) به آلومینیوم که باعث توزیع تنش یکنواخت، عملکرد خستگی مناسب تر و کاهش وزن می گردد اتصال چسبی می باشد. در اتصال چسبی سطح تماس چسبنده ها و چسب نواحی حساس برای شروع و گسترش خرابی می باشند. برای از بین بردن آلودگی های سطحی چسبنده ها بایستی عملیات سطحی شوند. در این تحقیق تاثیر الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری در استحکام اتصال چسبی کامپوزیت/آلومینیوم مود اول شکست مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا عملیات سطحی لیزری در سرتاسر نمونه ها انجام شده تا بتوان پارامترهای دستگاه لیزر که با ایجاد کیفیت سطح مناسب باعث افزایش استحکام اتصال می گردند پیدا شوند. سپس الگوی سطح هدفمند لیزری با پارامترهای مناسب برای ایجاد سایش و تمیزکاری سطح چسبنده ها انجام شده است. نتایج نشان دهنده افزایش 5/15% نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی مود اول برای نمونه عملیات سطحی لیزری سرتاسری نسبت به روش سنباده زنی می باشد. این در حالی است که با الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری نرخ رهای انرژی کرنشی بحرانی مود اول بترتیب 9/5% و 4/22% نسبت به عملیات سطحی لیزری سرتاسری و سنباده زنی افزایش پیدا کرده است. بررسی سطح شکست نمونه ها نشان دهنده به تاخیر افتادن رشد ترک در نمونه های الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری با تغییر از حالت خرابی اتصال به پارگی الیاف می باشد که باعث بهبود استحکام اتصال شده است.
کلید واژگان: اتصال چسبی، پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن، الگوی هدفمند عملیات سطحی لیزری، نمونه تیریکسرگیردار دولبه، نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی مود اول شکستThe proper method for jointing Carbon fiber reinforced polymers (CFRP) to aluminum, which causes uniform stress distribution, more suitable fatigue performance and weight reduction, is adhesive bonded joint. In adhesive bonding, the interface of adhesives and adherent are sensitive areas for the initiation and propagation of failure. In order to eliminate surface contamination, adherents must be surface treated. In this research, the effect of the functional pattern of laser surface treatment on the strength of aluminum/composite adhesive bonded joint in the mode I fracture has been investigated. At first, laser surface treatments were performed throughout the specimen in order to find the parameters of the laser device that increase the strength of the adhesive bonding by creating a suitable surface quality. After that, the functional pattern of laser surface treatment with the appropriate parameters for ablation and cleaning of the adhesive surface is done. The results show a 15.5% increase in the critical strain energy release rate of the mode I for the all-over laser surface treatment specimen compared to the sanding method. Meanwhile, with the functional pattern of laser surface treatment, the critical strain energy release rate of the mode I has increased by 5.9% and 22.4% compared to all-over laser surface treatment and sanding, respectively. Examining the fracture surface of the specimen shows the delay in crack growth in the specimen of the functional pattern with changes from the adhesive failure to the fiber tearing, which has improved the strength of the adhesive bonding.
Keywords: Adhesive bonded joint, Carbon fiber reinforced polymers, Functional pattern of laser surface treatment, Double-cantilever beam specimen, critical strain energy release rate of the mode I fracture -
در این پژوهش طراحی، ساخت و آزمون اتصال چسبی L-شکل منفرد بین ورق کامپوزیتی و قطعه آلومینیومی تحت بارگذاری کششی به صورت تجربی انجام شده است. برای ساخت نمونه تجربی از نانوگرافن با درصدهای مختلف وزنی جهت تقویت کامپوزیت و همچنین چسب ساختاری (هم جنس با رزین فاز زمینه کامپوزیت) جهت بهبود خواص مکانیکی اتصال استفاده شده است. همچنین تاثیر تغییر طول پایه قطعه L-شکل آلومینیومی بر مقاومت اتصال مورد بررسی قرار گرفته است. تعداد 12 حالت اتصال با ترکیب درصدهای وزنی 1،0/0 و 3/0 برای چندلایه و درصدهای وزنی 1،0/0 ،3/0 و 5/0 برای چسب با در نظر گرفتن 5 تکرار در هر آزمون، در مجموع 60 نمونه ساخته شده و مورد بررسی قرار گرفته است. با مقایسه و بررسی نتایج آزمون کشش نمونه ها و عکس هایی که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از نحوه جدایش چندلایه و قطعه L-شکل در محل جدایش اتصال تهیه شد، مشخص گردید که اتصال با ترکیب درصد وزنی صفر برای چندلایه و درصد وزنی 3/0 برای چسب بیشترین استحکام کششی را از خود نشان داده است. این بدان معناست که افزودن نانوگرافن به چندلایه موجب کاهش استحکام کششی و افزودن آن به رزین اپوکسی به عنوان چسب موجب بهبود استحکام کششی در اتصال گردیده است. درنهایت تاثیر افزایش طول ناحیه هم پوشانی دو قطعه چسبنده مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه در مورد اتصال با ترکیب درصد بهینه نانوگرافن در چندلایه و چسب نشان داد که افزایش 25 درصدی طول ناحیه هم پوشانی افزایش 148 درصدی و افزایش 50 درصدی طول این ناحیه افزایش 200 درصدی نیروی کشش عمودی تحمل شده توسط اتصال
کلید واژگان: اتصال چسبی، اتصال L-شکل، نانوکامپوزیت، نانوگرافن کربنIn this paper, the design, fabrication and testing of a single L-shaped adhesive bond between a composite sheet and an aluminum piece under tensile loading has been performed experimentally. In this experimental study, nanographene sheets with different weight percentages have been used to strengthen the composite and structural adhesive (compatible with the composite phase phase resin) to improve the mechanical properties of the joint. The effect of changing the base length of the aluminum L-shaped piece on the bond strength has also been investigated. 12 bonding modes with a combination of weight percentages of 1.0 and 0.3 for multilayer and weight percentages of 0.1, 0.3 and 0.5 for adhesive were made and examined by considering 5 repetitions of the test. has taken. By comparing and examining the tensile test results of the samples and photographs taken by scanning electron microscopy (SEM) of the separation of the multilayer and the L-shaped piece at the separation site, it was found that the bonding combined with zero weight percentage for multilayer and The weight percentage of 0.3 for the adhesive has the highest tensile strength. This means that the addition of nano-graphene without surface-modifying agent to the multilayer reduces the tensile strength and adding it to epoxy resin epr 1080 as a homogeneous adhesive with the composite improves the tensile strength of the joint. Finally, the effect of increasing the length of the overlap area of the two adhesive pieces was investigated.
Keywords: Adhesive Joint, L-shaped joint, Nanocomposite, carbon nanographene -
وجود عیب در اتصالات چسبی یک مسئله مهم در ساخت سازه های فضایی می باشد. در این مقاله با استفاده از امواج لمب، ویژگی های مناسب جهت شناسایی اندازه و موقعیت عیوب اتصالات چسبی به دست آمده است. با استفاده از شبیه سازی المان محدود به بررسی اثر عیب بر انتشار امواج لمب پرداخته شده است. شبیه سازی برای سه ضخامت متفاوت چسب، سه سایز متفاوت عیب دایره ای در 9 موقعیت مختلف صورت گرفته است و تاثیر هر یک از آنها بر موج عبوری از اتصال بررسی شده است. سیگنال های به دست آمده از اتصالات معیوب با سیگنال حاصل از اتصال سالم مقایسه گردیده و ناحیه موردنظر جهت تحلیل های بعدی از کل سیگنال دریافتی جدا شد. تفکیک مناسب و صحیح عیوب نیازمند یافتن مشخصه هایی مناسب برای آن است به همین جهت 34 ویژگی جهت ایجاد تمایز و تفکیک عیوب بررسی گردید. در ادامه با فراهم آمدن پایه های ایجاد الگوهایی مناسب برای تفکیک عیوب، از شبکه عصبی استفاده شد. درصد تشخیص صحیح شبکه عصبی برای تفکیک ضخامت چسب 93/8 درصد، برای تفکیک مساحت عیوب از منظر اندازه 100 درصد و برای تفکیک موقعیت عیب در دو محور افقی و عمودی به ترتیب 96/1 و 95/1 درصد به دست آمد. نتایج به دست آمده نشان دهنده کارایی روش تکامل فاصله بهبودیافته و ویژگی های انتخاب شده جهت تفکیک عیوب این گونه از اتصالات است.کلید واژگان: ارزیابی غیر مخرب، موج لمب، اتصال چسبی، پایش وضعیت، شبکه عصبیDefects in adhesive joints are an important issue in the construction of space structures. In this paper, using lamp waves, suitable properties have been obtained to identify the size and position of the defects of the adhesive joints. Using finite element simulations, the effect of the defect on the propagation of the lamp waves has been investigated. Simulations have been performed for three different adhesive thicknesses, three different sizes of circular defects in 9 different positions, and the effect of each of them on the wave passing through the joint has been investigated. The signals obtained from the faulty connections were compared with the signal obtained from the healthy connection and the desired area was isolated from the total received signal for further analysis. The proper and correct separation of defects requires finding suitable characteristics for it. Therefore, 34 features were examined to differentiate and separate defects. Then, the neural network was used to provide the basis for creating appropriate patterns for the separation of defects. The percentage of correct detection of neural network for adhesive thickness separation was 93.8%, for defect area separation in terms of size 100% and for defect position separation in X and Y axes were 96.1 and 95.1%, respectively. The obtained results show the efficiency of the improved distance evolution method and the features selected to distinguish the defects of such connections.Keywords: Non-Destructive Evaluation, Limb Wave, Adhesive Bonding, Status Monitoring, Neural Network
-
در این مقاله اثر نرخ جابجایی در بارگذاری کششی بر استحکام (نیروی بیشینه و تغییر طول) اتصال چسبی در لوله های ساخته شده از فلز و مواد کامپوزیتی شیشه- اپوکسی و کربن- اپوکسی بررسی شده است. بدین منظور نمونه های مختلف از لوله های متصل به هم با ضخامت و طول ناحیه چسب خور مختلف (طول 10، 20 و 30 میلیمتر و ضخامت 25/0، 10/0 و 40/0 میلیمتر)، ساخته شد. سپس نمونه ها تحت بارگذاری کششی با نرخ های مختلف جابجایی (5/0، 5 و 50 میلیمتر بر دقیقه) قرار گرفته و در ادامه، میزان تحمل بار و نوع خرابی آن ها مشخص گردید. بر اساس نتایج، با افزایش مقدار نرخ جابجایی در بارگذاری کششی در هر یک از نمونه های کربن- اپوکسی، نیروی بیشینه افزایش یافت. با افزایش نرخ جابجایی در بارگذاری کششی، ناحیه شکست از قسمت اتصال چسبی به قسمت مواد کامپوزیتی تغییر یافت. در مورد نمونه های شیشه- اپوکسی، می توان ابراز داشت که افزایش نرخ جابجایی در بارگذاری کششی، به تدریج باعث افزایش نیروی بیشینه شد. در نهایت، بر اساس تحلیل حساسیت مشخص شد که آنالیز رگرسیون برای هر دو تابع هدف نیروی بیشینه و تغییر طول، بطور مناسبی، معتبر نبوده است.
کلید واژگان: اتصال چسبی، اتصال کامپوزیت- فلز، بارگذاری کششی، تحلیل حساسیت، نرخ جابجاییIn this article the effect of the displacement rate under tensile loading on the adhesive connection in glass-epoxy and carbon-epoxy composite and metal pipes has been investigated. For this purpose, bonded pipe specimens were fabricated with different thicknesses and adhesive areas (the length of 10, 20, and 30 mm and the thickness of 0.25, 0.10, and 0.40 mm). Then, samples were exposed to tensile loading at various displacement rates (0.5, 5, and 50 mm/min) and moreover, their strengths and failure types were determined. Based on the results, for the carbon-epoxy specimens, the maximum force increased by increasing the displacement rate. The fracture area was also changed from the adhesive area to the composite due to the increase in the displacement rate. It could be claimed about the glass-epoxy samples that under tensile loading, the maximum force enhanced gradually by increasing the displacement rate. Finally, the regression analysis for the maximum force and the elongation was not properly valid based on the sensitivity analysis.
Keywords: Adhesive connection, Composite-metal joint, Tensile loading, Sensitivityanalysis, Displacement rate -
در پژوهش حاضر، اتصالات چسبی تک لبه به منظور کاهش میزان تورق مورد مطالعه قرار گرفته اند. توزیع تنش های عمودی و برشی به وجود آمده در این اتصال، با استفاده از معادلات الاستیسیته دو بعدی، روابط تنش-کرنش و کرنش-جابه جایی به دست آمده است. کمینه سازی تنش تورق، با استفاده از الگوریتم زنبورعسل انجام شده و متغیرهای فرآیند شامل ضخامت لایه های چسب شونده و لایه چسب می باشند. اتصال کامپوزیتی تحت بار کششی بوده و لایه های چسب شونده و چسبی به صورت همسان گرد و در ناحیه الاستیک خطی در نظر گرفته شدند. نتایج تحقیق بیان کننده آن بود که با نسبت بهینه ضخامتی 54/2، می توان تنش تورق را تا حدود 36% کاهش داد. با افزایش نسبت مدول یانگ و در نتیجه نامتقارن تر شدن اتصال چسبی، بیشینه مقدار تنش تورق کاهش می یابد. همچنین، افزایش مدول یانگ چسب شونده زیرین، منجر به بر هم خوردن توزیع تنش در سطح تماس چسب شونده نرم تر (لایه بالایی) با چسب شده و این در حالی است که توزیع تنش در سطح دیگر چسب، تقریبا بدون تغییر باقی می ماند.کلید واژگان: اتصال چسبی، تنش تورق، لایه چسب شونده، لایه چسبی، بهینه سازیIn the present research work, the reduction of peel stress in the adhesively bonded single-lap joints has been studied. The distributions of normal and shear stresses generated in the adhesive joint were obtained using the two-dimensional elasticity theory, as well as the stress-strain and strain-displacement relationships. Minimization of the peel stress was performed using the bees algorithm, during which the process variables included the adhesive and adherends thicknesses. The composite joint was loaded by a tensile force while the adherends and adhesive layers were considered to behave as isotropic materials with linear elastic properties. The results showed that based on an optimum thickness ratio of 2.54, the magnitude of the peel stress can be reduced by 36%. As Young's moduli ratio, and consequently, the asymmetric adhesion bonding increased, the maximum amount of peeling stress decreased. Also, the increase in Young's modulus of the bottom layer led to the disruption of stress distribution at the interface of the softer adherend (top layer) and the adhesive layer, while this effect was almost absent at the other interface.Keywords: Adhesive joint, Peeling stress, Adherend layer, Adhesive layer, Optimization
-
با توجه به نیاز برخی از صنایع به اتصال مستقیم لایه های فلز و کامپوزیت به یکدیگر و کاربردهای ویژه آن در صنعت، در این پژوهش به بررسی راهکاری جهت ایجاد اتصال چسبی میان فولاد و کامپوزیت کربن-فنولیک پرداخته شده است. از آنجا که این لایه کامپوزیتی، به طور ذاتی چسبندگی مناسبی با سطح فولادی ندارد، برای ایجاد یک اتصال پایدار، آماده سازی سطحی زیر لایه فولادی اجتناب ناپذیر است. در این پژوهش، جهت آماده سازی سطوح فولادی، از فرآیند آج زنی توسط چهار نوع قرقره آج با هندسه و گام های متفاوت استفاده شد و سپس با انجام آزمون کششی چسبندگی، استحکام اتصال چسبی لایه کامپوزیتی مذکور به سطح آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، عملیات آج زنی در حدود 50% از کل نمونه ها، افزایش استحکام اتصال چسبی را در مقایسه با نمونه دارای سطح صاف فلزی را سبب شده است. در مقایسه استحکام اتصال چسبی برای دو الگوی آج ضربدری و مستقیم، در حالت تساوی مساحت ناحیه تحت کشش و به ازای گام 0.6 میلی متر، استحکام اتصال چسبی ایجاد شده با الگوی آج مستقیم در حدود 5 برابر بیشتر از آج ضربدری شکل گزارش شد. همچنین بیشترین مقدار برای استحکام اتصال چسبی، برای سطح آماده سازی شده با استفاده از الگوی آج مستقیم و گام 0.6 میلی متر و به مقدار 12.62 مگاپاسکال گزارش شد که در مقایسه با سطح صاف ماشین کاری شده به مقدار 76% افزایش داشته است.کلید واژگان: اتصال چسبی، آماده سازی سطح، کامپوزیت کربن - فنولیک، آج زنیDue to the need of some industries for the direct bonding of metal and composite layers to each other and its special applications in the industry, this paper examines the solution for adhesive bonding between steel and carbon-phenolic composite. Since this composite layer does not inherently have a good adhesion to the steel surface, steel substrate surface preparation is inevitable in order to create a resistant bonding. In this research, for the preparation of steel surfaces, the knurling process with four types of knurl wheels with different geometries and pitches was used and then, by applying the adhesion tensile test, the strength of adhesive bonding of the composite layer to their surface was investigated. The results showed that in about 50% of all samples, the knurling operation was able to increase the adhesive bond strength compared to the sample with smooth metal surface. In Comparison of adhesive bond strength for two cross and straight knurl patterns, the tensile bond strength created by straight knurl shape was reported about 5 times greater than the cross knurl shape in the case of equal tensile and at pitch equal 0.6 mm. Also, the highest value for adhesive bond strength was reported in 12.62 MPa for preparated surface by using of straight knurl shape at pitch equal 0.6 mm which increased by 76% compared to machined smooth surface.Keywords: adhesive bonding, surface treatment, Carbon-phenolic composite, Knurling
-
در این تحقیق، رفتار خزشی اتصالات چسب تقویت شده توسط 5/0 درصد وزنی نانو ذرات اکسید کاهش یافته گرافن در دماهای 25 و 55 درجه سلسیوس مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، نمونه های حجمی چسب و همچنین اتصالات تک لبه چسبی تحت آزمایشات خزش تک محوره قرار گرفته و تغییر طول نمونه ها به همراه زمان شکست ثبت گردیده است. علاوه بر این از روش المان محدود به منظور مدلسازی رفتار خزشی اتصالات چسبی استفاده شده است. در این تحقیق از یک مدل ساختاری خزش با قابلیت مدلسازی رفتار ویسکوالاستیک غیر خطی چسب بهره برده شده است. نتایج آزمایشات نشان می دهند، کاربرد ذرات اکسید گرافن سبب بهبود رفتار خزشی می گردد. به طوری که نمونه های تقویت شده تغییر فرم خزشی کمتر و بهبود عمر تا 30 درصد را نشان می دهند. نهایتا مقایسه نتایج آزمایشات و تحلیل عددی نشان می دهد که مدل ساختاری خزشی بکار رفته می تواند با دقت بالا رفتار خزشی اتصالات چسب را پیش بینی نماید.کلید واژگان: اتصال چسبی، اکسید کاهش یافته گرافن، خزشIn this research, effects of introducing 0.5wt% reduced graphene oxide (RGO) reinforcement on the creep behavior of the adhesivelybonded joints are investigated at 25oC,55oC. To this aim, uni-axial creep tests are conducted,creep deformations of the bulkspecimens produced via the neat adhesive,adhesive-RGO composite are recorded. Also, creep tests are performed to obtaincreep behavior of the single lap joints. Furthermore, results of the bulk specimen tests are used in a finite element based numericalanalysis to simulate the creep behavior of the joints. Results show that, a significant decrease in the creep deformations along with aremarkable increase of 30% in the creep life time occurs in the reinforced joints. Finally, comparing the numerical results andexperimental data shows that the numerical analysis accurately simulates the creep behavior of the joints.Keywords: Adhesive joints, Reduced Graphene Oxide, Creep
-
از جمله عوامل واماندگی اتصالات چسبی، تکینگی تنش است که اغلب در لبه آزاد انتهای اتصال رخ می دهد. برای کاهش تمرکز تنش در این مکان می توان از تغییر مدل هندسی انتهای اتصال استفاده کرد. در این پژوهش طرح جدیدی با عنوان مدل چسب قوسی برای اتصال چسبی کلاهک یک مخزن کامپوزیتی چرخان پیشنهاد شده و رفتار آن با دو مدل هندسی متداول شامل مدل پایه و مدل هندسی با انتهای مقعر مقایسه می شود. با توجه به اهمیت مولفه های تنش برشی عرضی و تنش نرمال پوستگیدر بررسی استحکام اتصال، تنش های موجود در انتهای آزاد اتصال برای هر سه مدل فوق با انجام تحلیل های عددی ارزیابی می شوند. همچنین تاثیر فرکانس چرخش مخزن بر تغییر این مولفه های تنش بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد که مدل چسب قوسی می تواند سبب کاهش قابل توجه تنش برشی عرضی و تنش پوستگی در اتصال چسبی کلاهک مورد نظر شود.کلید واژگان: مخزن کامپوزیتی، اتصال چسبی، مدل چسب قوسی، تنش برشی عرضی، تنش پوستگیOne of the causes of failure of adhesive joints is the stress singularity that often occurs at the free edge of the bond end. Geometric model change at the joint end can be used to reduce the stress concentration at this location. In this study, a new design called "arc adhesive model" is suggested for adhesively bonded joint of the cap of a rotational composite tank; and is compared with two conventional geometrical models including baseline model, and concave end model. Regarding to importance of transverse shear stress and normal peeling stress in examination of bonding strength, the stresses at the free end of bond are investigated using numerical analysis for all three models. Also, effect of tank rotation frequency on the stress components is investigated. Results show that the arc adhesive model can cause a significant decrease in transverse shear stress and peeling stress in adhesive joint of the cap.Keywords: composite tank, adhesively bonded joint, arc adhesive model, transverse shear stress, peeling stress
-
امروزه کاهش آلایندگی خودروها و افزایش استحکام سازه آنها به جهت ایمنی بیشتر در تصادفات، دو هدف عمده ای هستند که محرک نوآوری های روزافزون در صنعت خودروسازی شده است. در دهه گذشته، به کارگیری اتصالات ترکیبی بر پایه اتصالات چسبی در سازه بدنه خودرو به جهت محدودیت های اتصالات پیشین و مزایای ویژه ای که چسب به ارمغان آورده است، بسیار مورد استقبال خودروسازان قرار گرفته است. در این میان، اتصال ترکیبی جوش نقطه ای - چسب بیشترین کاربرد را دارد که در این نوشتار علاوه بر بیان مزایای آن به توضیح چگونگی ایجاد این اتصال و پارامترهای موثر بر آن پرداخته شده است. در نهایت نتیجه گیری می گردد که جهت دستیابی به بهترین استحکام در این اتصال ترکیبی، شناخت پارامترهای طراحی بسیار حائز اهمیت است و متداول ترین روش ایجاد این اتصال ترکیبی آن است که نخست چسب در موضع آماده سازی شده اعمال و پس از آن جوش نقطه ای به سرعت ایجاد شود.کلید واژگان: کاهش وزن، افزایش ایمنی خودرو، اتصال ترکیبی، اتصال جوش نقطه ای، اتصال چسبی
-
در این مقاله، شکست و خرابی در مود دو اتصال چسبی کامپوزیتی با نمونه خمشی انتها ترکدار مورد بررسی قرار گرفته است. برای ایجاد اتصال چسبی بین دو صفحه کامپوزیتی از جنس الیاف شیشه تک جهته از چسب آرالدایت 2011 که به طور گسترده در ساخت پره توربین بادی و همچنین صنایع هوافضا کاربرد دارد استفاده شده است. ابتدا مکانیزم های خرابی ایجاد شده در اتصال چسبی مود دو شکست از نتایج تجربی مورد بررسی قرار گرفته و سپس با توجه به نتایج تجربی میزان آهنگ رهایی انرژی کرنشی بحرانی مود دو شکست برای چسب آرالدایت 2011 برابر با J/m2 22/776 محاسبه شده است. بعد از محاسبه آهنگ رهایی انرژی کرنشی بحرانی در مود دو از نتایج تجربی برای شبیه سازی رشد ترک در اتصال چسبی از روش اجزای محدود توسعه یافته در نرم افزار ABAQUS استفاده شده است. مقدار چقرمگی شکست مود دو برای چسب آرالدایت 2011 از نتایج حل عددی برابر با 53/40 محاسبه شده است.کلید واژگان: خرابی، اتصال چسبی، نمونه خمشی انتها ترکدار، روش اجزای محدود توسعه یافته، چقرمگی شکستIn this article, failure and damage in second mode of adhesive composite joint was investigated according to the bending in endnotch flexure specimen. To create an adhesive joint between two composite plates made of unidirectional glass fiber, Araldite 2011 resin was used which is widely capable in manufacturing turbine blades and aerospace industries. At the first, failure of second mode fracture of adhesive joint mechanisms has experimentally investigated. Then with considering this result with strain energy release rate on mode II of fracture in specimen for Araldite 2011, 776.22 J/m2 was calculated. In the following calculating critical strain energy release rate on mode II by using experimental results, XFEM method used for modeling crack growing in adhesive joint by using Abaqus software. At the end the amount of mode II fracture toughness for Araldite 2011 is calculated from numerical method which is 40.53MPa√m.Keywords: Failure, Adhesive Joint, End-Notch Flexure Specimen, Extended Finite Element Method, Fracture
-
هدف اصلی از انجام این پژوهش امکان سنجی بکارگیری مدل ناحیه چسبناک پی. پی. آر. اصلاح شده جهت شبیه سازی آسیب در لایه چسب اتصال تیر دو لبه یکسر گیردار با چسبنده های فلزی است. برای شبیه سازی عددی آسیب در لایه چسب، نخست از قانون کشش - جدایش دوخطی بهره برده شده است. با استفاده از نتایج منحنی نیرو - جابجایی حاصل از آزمون های تجربی و مقایسه آن با پاسخ عددی، پارامترهای چسبناک مدل دوخطی برای ضخامت مشخصی از چسب حاصل می گردد. در ادامه به کمک پارامترهای به دست آمده، پارامترهای چسبناک مدل پی. پی. آر. اصلاح شده استخراج می شود. با استخراج انرژی شکست و کالیبراسیون مدل های عددی، در نهایت مدل پی. پی. آر. اصلاح شده علاوه بر قابلیت کاربرد در اتصالات چسبی فلزی، برتری نسبی خود را نیز در مدل سازی بهتر چسب نشان می دهد. بررسی تاثیر پارامترهای هندسی طول ترک اولیه و ضخامت چسبنده ها بر سفتی و استحکام نهایی اتصال چسبی نیز نشان می دهد که افزایش طول ترک اولیه و ضخامت چسبنده ها، به ترتیب اثر وارون و مستقیم بر سفتی و استحکام اتصال دارد.کلید واژگان: اتصال چسبی، تیر دو لبه یکسر گیردار، مدل ناحیه چسبناک، مدل پی، پی، آر، اصلاح شده، چقرمگی شکست، اسیدشوییThe main objective of this study is the feasibility of using Modified Park-Paulino-Roesler (M-PPR) cohesive zone model to simulate The damage in adhesive layer of the double cantilever beam specimen with metal adherents. Considering VIS method for capturing the crack initiation, fracture energy of Araldite® AV138 adhesive with bond-line thickness equal 0.2 mm has been identified based on the linear elastic fracture mechanics (i.e. classic beam theory (CBT), corrected beam method (CBM) and compliance based beam method (CBBM)) and J-integral method (Pradeep method). Following, the bi-linear traction-separation law is first utilized to numerically simulate damage in adhesive layer. The force-displacement curve results obtained through experiments would further be compared with the simulated model and thus bi-linear parameters for this specific adhesive thickness would be inversely obtained. The M-PPR cohesive parameters can be determined by satisfying the boundary conditions along with bi-linear extracted cohesive parameters. First, it is concluded that CBBM is the best method to obtain adhesive fracture toughness in mode I. Using the obtained cohesive parameters and calibration of both models, M-PPR cohesive model in addition to use in metal adhesive joints, presented comparative advantage relative to bi-linear model to simulate adhesive joints under peeling. Meanwhile, effects of the geometrical parameters such as the initial length of the crack and the thickness of substrates on the ultimate strength and stiffness of the adhesively bonded joint have been evaluated.Keywords: Adhesive joint, double cantilever beam, modified Park-Paulino-Roesler cohesive zone model, fracture toughness, etching
-
در این مقاله توزیع تنش میان لایه ای در اتصالات چسبی تک لبه و جفت لبه مورد بررسی قرار گرفته است. یک معادله ی جابجایی درجه دوم برای چسب در راستای ضخامت در نظر گرفته شده است. برای تحلیل تنش این اتصال، نمودار جسم آزاد المانی از الیاف، در نواحی چسبی و غیر چسبی اتصال رسم شده و با نوشتن معادلات تعادل برای این المان ها، معادلات دیفرانسیل حاکم بر اتصال استخراج شده است. سپس، با حل معادلات حاکم و با استفاده از معادلات شرایط مرزی، مقادیر جابجایی در الیاف و در نتیجه تنش برشی ایجاد شده در چسب و بار محوری ایجاد شده در الیاف بدست آمده است. علاوه بر این موارد، اثرات انبساط گرمایی و نم گرمایی نیز در نظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهند که توزیع تنش علاوه بر مشخصات هندسی هم چون ضخامت و طول ناحیه ی چسبی، به مشخصات فیزیکی اتصال از جمله مدول یانگ، ضریب پواسون و ضریب انبساط حرارتی لایه نیز بستگی دارد. برخی از انواع اتصالات توزیع تنش یکنواخت تری نسبت به بقیه دارند. مثلا تنش برشی بیشینه در اتصال جفت لبه تقریبا نصف اتصال تک لبه است. نتایج حل های تحلیلی با نتایج به دست آمده از حل اجزا محدود به وسیله ی نرم افزار ANSYS صحت سنجی شده است و تطابق خوبی بین این نتایج مشاهده شده است.
کلید واژگان: توزیع تنش، اتصال چسبی، مواد مرکب، ماتریس فلزیIn this article, the interfacial stresses in single and double lap joints are studied. A quadratic displacement field is assumed in the adhesive layer. For Analyzing stress in joint the free body diagram element of fiber in adhesive and unadhesive part of join has been drawn. By writing the static equation for this elements, the differential equation for joint has been derived. Then by solving this differential equation and using the boundary condition equation, displacement in fibers and so the shear stress in adhesive and axial force in fibers has been derived. The effect of thermal and hygrothermal stresses are also included. It is observed that the peak shear stress developed within the adhesive layer is function of mechanical and physical parameters as Young’s module, Poisson’s ratio, thickness, thermal and hygrothermal coefficients of expansion. The results show that the double lap joint appears to reduce the peak shear stress within the joint significantly. For example maximum shear stress in double lap joints are nearly the half of single lap joints. The results are validated by FEM solution. An excellent agreement is observed between analytical and FE methods.Keywords: Stress Distribution, Composite, Adhesive Joint, Metal Matrix -
درپی کاربرد صنعتی روزافزون از چسب ها در ایجاد اتصالات، پیش بینی رفتار مکانیکی آنها ضروری است. برای این منظور روش های عددی متنوعی توسعه یافته و مورد بهره برداری قرار گرفته است که به طور کلی لایه چسب در آنها یا با در نظر گرفتن آسیب یا بدون در نظر گرفتن آن مدلسازی شده است. مطالعات نشان می دهد که مدلسازی چسب با در نظر گرفتن آسیب نتایج قابل قبول تری ارائه می دهد. از بین این مدل ها، مدل ناحیه چسبناک به دلیل سادگی تعیین پارامترهای آن نسبت به مدل های آسیب پیوسته به عنوان یک مدل ماده برای شبیه سازی لایه چسب مورد استقبال قرار گرفته است. این مدل ماده از طریق رابطه ای موسوم به قانون کشش - جدایش مشخص می شود که متناسب با نوع چسب و نوع بارگذاری اتصال انتخاب می شوند. این مقاله، علاوه بر معرفی انواع مدل های ناحیه چسبناک، محدودیت های روش های تعیین پارامترهای قانون کشش - جدایش را مورد بررسی قرار داده است.کلید واژگان: روش عددی، مدل ناحیه چسبناک، اتصال چسبی، آسیب پیشرونده، قانون کشش - جدایش
-
امروزه استفاده از اتصالات چسبی در سازه ها به دلیل مزایای متعددشان افزایش یافته است. در کاربردهای سازه ای، با توجه به عمر کاری، خستگی به عنوان مهمترین شکل بارگذاری در نظر گرفته می شود. در این مقاله، آزمایش های تجربی به منظور بررسی فرآیند خرابی خستگی اتصالات چسبی دولبه، تشکیل شده از 16 لایه الیاف شیشه نوع E و رزین اپوکسی حاوی ذرات TiO2 به عنوان چسب، تحت بارگذاری سیکلی انجام شده است و سپس روشی برای پیش بینی عمر خستگی این اتصالات بر اساس سفتی اولیه ارائه شده است. پراکندگی نتایج نشان می دهد که عمر نهایی خستگی تا حد زیادی به سفتی اولیه آنها بستگی دارد. به این منظور یک رابطه نمایی برای تخمین اولیه عمر نهایی اتصالات بر حسب سفتی اولیه ارائه شده است. علاوه بر سفتی اولیه، میزان افت سفتی در اتصالات تحت بارگذاری خستگی نیز بر روی کارکرد نهایی آنها تاثیرگذار است و لذا می توان بر این اساس تخمین اولیه عمر خستگی را که بر اساس سفتی اولیه تعیین شده است اصلاح نمود. همچنین یک شاخص خرابی با استفاده از مقدار کاهش سفتی برای کنترل فرآیند خرابی خستگی در حین بارگذاری معرفی شده است.کلید واژگان: پیش بینی عمر، بارگذاری خستگی، اتصال چسبی، سفتی اولیه، افت سفتیUse of adhesively bonded joints in structures has been increased in recent years because of their advantages. In structural applications, fatigue is generally considered to be the most important form of loading in respect to long-term service life. In this paper, experimental tests have been performed in order to examine the fatigue damage process of double lap adhesive joints, composed of E-glass laminates and epoxy adhesive with TiO2 particles, under fatigue loading and then a method was proposed for fatigue life prediction based on initial stiffness. The scatter in results shows that the fatigue life is mostly dependent on initial stiffness. According to this, an exponential equation based on the initial stiffness has been proposed to have an initial estimation of fatigue life of the adhesive joints. In addition to the initial stiffness, stiffness degradation of the joints under fatigue loading influences on their final performance and therefore the initial estimation of fatigue life based on the initial stiffness could be modified. Also to have an online control of the fatigue damage process during the fatigue loading, a damage index using stiffness degradation was introduced.Keywords: Life Prediction, Fatigue Loading, Adhesive Joint, Initial Stiffness, Stiffness Degradation
-
در این مقاله، نرخ رهایی انرژی کرنشی مود اول شکست در اتصال چسبی دو صفحه کامپوزیتی با الیاف شیشه تک جهته با استفاده از نمونه تیریکسرگیردار دولبه محاسبه شده است. برای ایجاد اتصال از چسب آرالدایت 2011 که بطور گسترده در صنعت هوافضا کاربرد دارد، استفاده شده، نرخ رهایی انرژی کرنشی با سه روش تیر اصلاح شده، روش کالیبره کردن نرمی و روش اصلاح شده کالیبره کردن نرمی از نتایج تجربی محاسبه شده است. برای مدل سازی رشد ترک در اتصال چسبی دو صفحه کامپوزیتی از روش اجزای محدود توسعه یافته استفاده شده است. مقدار میانگین نرخ رهایی انرژی کرنشی بحرانی محاسبه شده به روش اصلاح شده کالیبره کردن نرمی به عنوان ورودی نرم افزار در نظر گرفته شده است. بعد از مقایسه نمودار نیرو – جابه جایی بدست آمده از نتایج آزمایش های تجربی و حل عددی که نشان دهنده دقت مطلوب روش اجزای محدود توسعه یافته در محاسبه نیرو حداکثر و جابه جایی متناظر با آن و همچنین قسمت خطی نمودار نیرو – جابه جایی می باشد، نمودارهای نرخ رهایی انرژی کرنشی – نیرو، نمودار ضریب شدت تنش – نیرو، نمودار نرخ رهایی انرژی کرنشی – جابه جایی محل اعمال بار و نمودار تنش گسیختگی – ضریب شدت تنش مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: کامپوزیت ها، اتصال چسبی، روش اجزای محدود توسعه یافته، رشد ترک، نرخ رهایی انرژی کرنشیIn this paper, the strain energy release rate of first mode of failure in the adhesive bonding of two composite plates composed of unidirectional glass fiber is calculated using double cantilever beam specimen. Araldite 2011 adhesive connection which is widely used in the aerospace industry has been employed. Strain energy release rate is calculated by the modified beam method, compliance calibration method and modified compliance calibration method from experimental results. For modeling crack growth in adhesive bonding of two composite plates, the Extended Finite Element Method has been employed. Average value of critical strain energy release rate calculated by the modified compliance calibration method is considered as software input. After comparing force - displacement curve obtained from experimental data and numerical solution that represents good precision of the Extended Finite Element Method in calculating the maximum force and corresponding displacement and also linear part of force-displacement curve, strain energy release rate - force curve, stress intensity factor force curve, strain energy release rate displacement of the load effective point and failure stress - stress intensity factor curve are evaluated.Keywords: Composites, Adhesive Joint, Extended Finite Element Method, Crack growth, Strain Energy Release Rate
-
استحکام اتصال چسبی بین اجزاء در سازه های کامپوزیتی، نقش بسیار مهمی در عملکرد این سازه ها تحت اثر بارگذاری های اعمالی ایفا میکند. در این مقاله رفتار جدایش در اتصال چسبی بین پانل ساندویچی و پروفیل تقویت کننده به روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار گرفته است. مدلسازی اتصال چسبی با استفاده از حالت مود ترکیبی مدل ناحیه چسبنده و المان های تماسی صورت گرفت. همچنین یک لایه ماده چسب بین پروفیل و پانل ساندویچی برای اتصال اجزاء مدلسازی شد. تاثیر پارامترهای هندسی شامل ضخامت لایه چسب و ضخامت پروفیل تقویت کننده بر رفتار جدایش در اتصال بررسی شد. اثر وجود عیب اولیه در اتصال نیز بر روی نتایج مورد توجه قرار گرفت. مشخص شد که در نمونه-های بدون عیب، افزایش ضخامت پروفیل و چسب، خواص اتصال را بهبود می بخشند در حالی که در اتصال دارای عیب اولیه، افزایش ضخامت پروفیل شروع جدایش را پیش می اندازد. نتایج نشان داد وجود عیب اولیه نیروی شروع جدایش را تا 51% کاهش میدهد. همچنین مشخص شد وجود لایه چسب در رفتار جدایش اثر مثبت دارد بطوریکه تنش آغاز جدایش در مدل بدون لایه چسب بیش از 40% نسبت به مدل دارای لایه چسب با ضخامت 10 میلمیتر کمتر بوده و جدایش در آن زودتر اتفاق می افتد.کلید واژگان: اتصال چسبی، جدایش، عیب اولیه، پروفیل تقویت کننده، پانل ساندویچیThe strength of adhesively bonded joint plays very important role on the behavior of loaded composite structures. In the present paper debonding behavior of the adhesive joint between sandwich panel and pultruded profile is investigated by the finite element method. Cohesive zone model and contact elements are used in order to simulate the adhesive joint between stiffener and the panel. Representing the adhesive material, an embedded layer is modeled between the sandwich panel and profile. The effects of geometrical parameters including the thickness of the adhesive layer and profile on the behavior of joint are investigated. Moreover, the effect of initial defect in the adhesive joint on the debonding results is studied. The results present that in the prefect bonding, increasing in the thicknesses of the profile and adhesive layer improves the joint behavior against debonding. However in defected joint, increasing the profile thickness decreases the debonding load and presence of initial defect decreases the debonding load by 51%. The results also show that presence of embedded adhesive layer has positive effect on the debonding behavior of the joint. Initial debonding load without adhesive layer decreases by 40% in comparison with the joint containing 10 mm adhesive layer.Keywords: Adhesive Joint, Debonding, Initial Defect, Pultruded Profile, Sandwich Panel
-
One of the most important issues in the manufacturing of composite structures is the ability to connect and assemble them. Design and manufacturing of connections with the appropriate strength is essential. One of the strengthening methods of composite connection is the employment of reinforcing elements in the adhesive layer. The use of additional elements in the adhesive layer leads to uniform stress distribution and consequently improves the joint strength and toughness. In this paper, the idea of using metal wire for enhancing the adhesive joints was developed for the first time. Parameters such as the number of wires, wire diameter and mechanical property of wire were considered as the influencing parameters on the joint strength. Experimental tests were designed in order to evaluate the effect of these parameters and the obtained results were described with the finite element outcomes. It was observed that the joint strength improved more than 90% using 20 wires as reinforcing elements in Araldite 2015 adhesive. It was also found that increasing the number of wires, wire diameter and wire stiffness led to the more uniform stress distribution and increased the joint strength.Keywords: Adhesive joint, Reinforcing wires, Experimental test, Numerical solution
-
Increasing in the adhesive joint strength is followed by expanding on its application. Employment of wavy edge configuration in comparison to the traditional single lap joint is a one way to increase the adhesive joint strength with thin adherent. In this paper the effects of wavy configuration on the strength of the wavy joints were studied. Araldite 2015 was employed in this study. Araldite 2015 is a two component¡ room temperature curing paste adhesive giving a resilient bond. It was observed that the wavy joints have more strength than the single lap joint about 35%. For more investigation¡ a 3D finite element model was developed. In this study the cohesive zone model (CZM) was used for simulating the adhesive behavior. The effects of wave shape and number on the strengthening of wavy joints were studied. The finite element results were in good accordance with the experimental outcomes for the strengthening of wavy edges.
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.