25251

بررسي رفتار شكست اتصالات چسبي كامپوزيتي تقويت شده با الياف بلند شيشه و تركيب نانوذرات اكسيد سيليسيم و نانو لوله هاي كربني تحت مود دو بارگذاري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك جامدات

1397

1400/04/15

دكتر هادي خرمي شاد

مهندسي مكانيك

اتصالات چسبي به عنوان جايگزيني براي انواع اتصالات سنتي مورد توجه روزافزون و ويژه صنايع مختلف قرار گرفته است. به منظور گسترش بيشتر كاربرد اتصالات، بهبود توزيع تنش و افزايش استحكام و چقرمگي شكست در لايه چسب از اهميت خاصي برخوردار است. از مزيت هاي اتصالات چسبي مي توان به توزيع تنش يكنواخت و همچنين هزينه ساخت پايين تر اشاره داشت. در كنار مزاياي استفاده از اتصالات چسبي، نقاط ضعفي نيز وجود دارند، كه يكي از آن¬ها چقرمگي شكست پايين آن ها است كه از خود در برابر رشد ترك مقاومت پاييني نشان مي دهند. اضافه نمودن ذرات و الياف در لايه چسب يكي از روش هاي پيشنهادي براي رسيدن به هدف افزايش چقرمگي و استحكام مي باشد. در اين پژوهش از تركيب دو نوع نانوذره، يكي نانو ذرات اكسيد سيليسيم و ديگري نانو لوله هاي كربن با نسبت تركيب 1:1 براي تقويت چسب اپوكسي استفاده شده است. اين نانوذرات در سه درصد وزني مختلف 2/0، 5/0 و8/0 استفاده شده اند و تاثير آن ها بر روي رفتار شكست اتصالات چسبي كامپوزيتي بررسي شده اند. همچنين از الياف بلند شيشه نيز به عنوان يك نوع ديگر از تقويت كننده چسب استفاده شده است. اين تقويت كننده نيز در پنج درصد حجمي 5، 10، 15، 20 و 25 مورد استفاده قرارگرفته و تاثير آن بر رفتار شكست اتصالات چسبي بررسي شده است. در اين تحقيق از چسبنده هاي كامپوزيتي شيشه-اپوكسي استفاده شده است. با استفاده از آزمون استاندارد تير دولبه تحت خمش سه نقطه و استفاده از روش بر پايه نرمي، انرژي شكست شروع رشد ترك و حين رشد ترك محاسبه شده و منحني هاي مقاومت و كشش-جدايش براي نمونه¬هاي مختلف بدست آمده است. بيشترين مقدار بهبود خواص در اتصالات چسبي تقويت شده با نانوذرات براي اتصال حاوي 0.5درصد وزني نانوذرات بوده كه مقدار 89% بهبود در نيروي ماكزيمم و %295 بهبود در انرژي شكست بدست آمده است. براي اتصالات چسبي تقويت شده با الياف بلند بيشترين مقدار بهبود خواص در درصد حجمي 15 بوده كه مقدار %151 بهبود در نيروي ماكزيمم و %307 بهبود در انرژي شكست، نسبت به اتصالات چسبي تقويت نشده بدست آمده است. همچنين براي بررسي سطوح شكست با تصويربرداري FE-SEM از سطوح چسبنده ها، مكانيزم هاي چقرمه-كننده در درصدهاي وزني مختلف بررسي شده و براي تركيب نانوذرات مكانيزم پل زني، بيرون كشي، انحراف ترك و ايجاد باندهاي برشي در لايه چسب مشاهده شده است.

1400/06/22

Investigation of Fracture Behavior of Composite Adhesive Joints Reinforced With Long Glass Fibers and The Composition of Silicon Oxide Nanoparticles and Carbon Nanotubes Under Mode II Loading

7/6/2022 12:00:00 AM

Adhesive joints as an alternative to traditional joints have been increasingly considered in various industries. This causes that the distribution of stress and increasing the strength and fracture toughness in the adhesive layer draw a particular attention. The advantages of adhesive joints are uniform stress distribution as well as lower manufacturing costs. In addition to the advantages of using adhesive joints, there are also weaknesses, one of which is their low fracture toughness or showing low resistance to crack growth. Adding particles and fibers in the adhesive layer is one of the proposed methods to achieve the goal of increasing toughness and strength. In this research, a combination of two types of nanoparticles, one is silica nanoparticles and the other is carbon nanotubes with a composition ratio of 1: 1 to strengthen the epoxy adhesive is applied. These nanoparticles have been used in three different weight percentages of 0.2, 0.5 and 0.8 and their effect on the failure behavior of composite adhesive joints has been investigated. Long glass fibers have also been used as another type of adhesive reinforcement. These reinforcements have also been used in a volume fraction of 5, 10, 15, 20 and 25% and their failure behavior has also been investigated. Glass-epoxy composite adhesives have been used. Using the standard test of a beam under three-point bending and the Fernandez method, the fracture energy at the initiation and during crack growth is calculated and the strengths and traction-separation curves are plotted for different samples. The highest measured improvement was in samples with 0.5% weight fraction of nanoparticles, which was 89% improvement in maximum force and 295% improvement in fracture energy, and for long fibers, the highest improvement in properties was in samples with 15% weight fraction of nanoparticles, with 151% improvement in maximum force and 307% Improvements in fracture energy than unreinforced adhesive joints. Also, to investigate the fracture surfaces by FE-SEM imaging of the adhesive surfaces, the hardening mechanisms in different weight percentages have been investigated and to combine the nanoparticles, the bridging mechanism, extrusion, crack deflection and shear bonds in the adhesive layer have been observed.

انرژي شكست مودII , اتصالات چسبي كامپوزيتي , الياف بلند شيشه , روش بر پايه نرمي , نانوذرات اكسيد سيليسيم , نانو لوله هاي كربني

Mode II fracture energy , composite adhesive joints , glass long fiber , compliance method , Carbon nanotubes , Silicon oxide nanoparticles