22217

بررسي اثر بار ضربه اي تكرار شونده بر استحكام استاتيكي اتصال تك لبه اي چسبي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

1399/4/15

دكتر مجيد رضا آيت اللهي

مكانيك

اتصالات چسبي امروزه در صنايع مختلفي نظير اتومبيل سازي، صنايع هوايي، الكترونيكي و كشتي سازي كاربرد گسترده¬اي دارند. اكثر اين صنايع محصولاتي توليد مي¬كنند كه در طول عمر كاري خود بارهاي ضربه¬اي با انرژي متفاوت را تجربه مي¬كنند. معمولا انرژي اين ضربه¬ها براي شكست اتصال كافي نيستند و اتصالات پس از تحمل اين بارها از نظر ظاهري كاملا بي¬نقص هستند ولي در حقيقت استحكام آن¬ها كاهش مي¬يابد. بر اين اساس لازم است كه رفتار اتصالات چسبي تحت تاثير بارهاي ضربه¬اي با انرژي محدود مطالعه شود. جهت دستيابي به اين هدف، در اين پايان نامه ابتدا استحكام استاتيكي و سپس استحكام ضربه¬اي اتصالات تك لبه-اي اندازه¬گيري شد. يك دستگاه سقوط وزنه ساده جهت وارد كردن ضربات تكراري به اتصالات طراحي شد. با استفاده از اين دستگاه عمر ضربه¬اي اتصالات در سطوح مختلف انرژي بدست آمد. سپس استحكام باقيمانده استاتيكي اتصالات پس از تحمل تعداد معيني ضربه مورد ارزيابي قرار گرفت و سطوح شكست اتصالات بررسي شدند. مشاهده شد عمر ضربه¬اي اتصالات تك لبه¬اي با كاهش انرژي ضربه، افزايش قابل توجهي مي¬يابد. در نتيجه ضربه با انرژي بيشتر از 40% استحكام ضربه¬اي، عمر اتصال به زير 3 ضربه كاهش يافت. نتايج نشان داد ميزان كاهش استحكام در نتيجه ضربات اوليه كمتر از 10% استحكام استاتيكي اتصال مي¬باشد و با افزايش تعداد ضربه تاثير هر ضربه بر كاهش استحكام بيشتر مي¬شود. ميزان افت استحكام در اتصالاتي كه ضربه با انرژي 15 نيوتن متر تحمل كرده بودند از يك الگوي خطي پيروي كرد و با افزايش انرژي ضربه¬ها سرعت رشد آسيب افزايش يافت. سطوح شكست اتصال نشان مي¬دهد در نتيجه انتشار موج تنش جوانه زني ترك¬ها از وسط طول اتصال اتفاق مي¬افتد و با افزايش تعداد سيكل¬هاي ضربه تعداد زيادي ترك در لايه چسب رشد مي-كنند. همچنين اثبات شد كه انرژي ضربه تاثير مستقيم بر طول ترك¬هاي ايجاد شده دارد و بار ضربه¬اي تكراري با ايجاد يك ناحيه آسيب در وسط اتصال، طول موثر اتصال را كاهش داده و باعث كاهش استحكام استاتيكي اتصال مي¬شود.

1399/04/28

Investigation of repeated impact effects on residual static strength of single lap adhesive joints

7/6/2021 12:00:00 AM

Adhesive joints are currently used in different industries such as automotive, aerospace, electronics and marine. In many applications, the joints experience low energy impact loads during the service. The energy of the impact loads is too low to cause a joint failure. They even don’t change the appearance of the joints. But this kind of impact loadings can significantly reduce the strength of the adhesively bonded structures. Accordingly, it is necessary to understand the effect of impact fatigue on residual strength of the adhesive joints. To achieve this, first, the static and then the impact strength of single-lap joints (SLJs) were measured. A simple drop weight machine was also designed to apply repetitive impact to the manufactured joints. Using the designed machine, the impact fatigue strength of the joints at different levels of applied energy were analyzed. Fatigue impact tests followed by quasi static tensile tests were conducted on some joints to analyze the residual static strength of the joints subjected to different levels of impact fatigue. Fracture surface of the tested specimens were analyzed. It was observed that the impact fatigue life of SLJs increased significantly by reducing the impact energy. As obtained from the results for initial impacts the strength reduction was less than 10 % of the initial static strength. By increasing the number of impact cycles, the effect of each impact on the strength reduction increases significantly. The fracture surface showed that cracks initiate from the middle-bonded area as a result of impact stress waves then by increasing the number of impacts, a large number of cracks begin to grow from the edges of the SLJs. The impact energy has a direct influence on the cracks’ lengths, and the impact fatigue load created damage zone in the adhesive layer which reduced the effective length of adhesive bond and the joint strength.