25578

بررسي تأثير نانوذرات و الياف بلند بر رفتار شكست اتصالات چسبي تحت مود يك بارگذاري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-طراحي كاربردي

1397

1400/06/08

دكتر هادي خرمي شاد

مهندسي مكانيك

اتصالات چسبي به دليل ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد خود در صنايع مختلف در دهه اخير موردتوجه ويژه قرارگرفته‌اند. بهبود بارپذيري اتصال و افزايش انرژي شكست لايه چسب مي تواند كاربرد آن را در صنايع بيش‌ازپيش گسترش دهد. اضافه نمودن الياف و ذرات در لايه چسب يكي از روش‌هاي پيشنهادي براي رسيدن به اين هدف مي‌باشد. در اين پژوهش اثر قرار دادن الياف بلند شيشه در دو راستاي طولي و عرضي لايه چسب و در سه درصد حجمي %10، %15، %20 بر روي خواص مكانيكي اتصالات تير يكسر گيردار دولبه در لايه چسب به‌صورت تجربي بررسي گرديد. براي الياف بلند شيشه در راستاي طولي، بيشترين ميزان بهبود بارپذيري و انرژي شكست در درصد حجمي %15 مشاهده شد. به‌طوري‌كه با قرار دادن %15 حجمي الياف بلند شيشه در راستاي طولي به ترتيب %222 بهبود در انرژي شكست و %59 بهبود در بار ماكزيمم مشاهده شد. براي الياف بلند شيشه در راستاي عرضي، بيشترين ميزان بهبود بارپذيري و انرژي شكست در درصد حجمي %15 مشاهده شد. در اين حالت به ترتيب %139 بهبود در انرژي شكست و %51 بهبود در بار ماكزيمم مشاهده شد. اين در حالي است كه با افزايش بيشتر درصد حجمي الياف بلند شيشه چه در راستاي طولي و چه در راستاي عرضي از بهبود انرژي شكست و بار ماكزيمم كاسته گرديد. علاوه بر اين تأثير اضافه نمودن تركيب نانولوله‌هاي كربني و نانوذرات سيليكا با نسبت وزني برابر (1:1) بر روي رفتار مكانيكي نمونه تير يكسر گيردار دولبه در سه درصد وزني %0/25، %0/5 و %0/75 بررسي‌ گرديد. براي تركيب نانولوله‌هاي كربني و نانوذرات سيليكا با نسبت وزني برابر (1:1)، بيشترين ميزان بهبود بارپذيري و انرژي شكست در درصد وزني %0/5 مشاهده شد. به‌طوري‌كه به ترتيب %95 بهبود در انرژي شكست و %35 بهبود در بار ماكزيمم مشاهده گرديد. اين در حالي است كه با افزايش درصد وزني تركيب نانولوله‌هاي كربني و نانوذرات سيليكا با نسبت وزني برابر (1:1) بيشتر از مقدار بهينه، ميزان انرژي شكست كاهش يافت. با افزودن الياف بلند شيشه در لايه چسب در راستاي طولي و عرضي مكانيزم هايي مثل بيرون كشي و گسيختگي الياف منجر به جذب انرژي و بهبود رفتار شكست اتصال گرديد. با افزودن درصد وزني تركيب نانولوله‌هاي كربني و نانوذرات سيليكا مكانيزم هايي مثل جدايش ذرات از بستر چسب، بيرون كشي نانولوله‌ها از چسب و پل‌زني تأثير مثبت بر استحكام اتصالات گذاردند. اين در حالي است كه با افزودن درصد وزني تركيب نانولوله‌هاي كربني و نانوذرات سيليكا بيشتر از مقدار بهينه كلوخه شدن نانوذرات تأثير منفي بر رفتار شكست اتصالات گذاشتند.

1400/09/07

The effect of nanoparticle and macrofiber reinforcement on the fracture behavior of adhesive joints in mode I

8/30/2022 12:00:00 AM

Adhesively bonded joints are extensively used in different industries due to their exclusive charactristics in comparison with other conventional joints. Adding particles and fibers to the adhesive layer is a method suggested to increase the strength of the adhesive joints. In the first stage of this research, the effect of glass macrofibers in longitudinal and lateral direction on mechanical properties at 10%, 15% and 20% of volume fraction in double cantilever beam (DCB) specimens was investigated using experimental study. For glass macrofibers in loghitudinal direction the highest improvement of the joints happened in 15% of volume fraction, which was 202% in the initial fracture energy and 59% in the Maximum load. For glass macrofibers in lateral direction the highest improvement of the joints happened in 15% of volume fraction, which was 135% in the initial fracture energy and 51% in the Maximum load. Whereas the percentage of initial fracture energy is continuously decreasing with the increase of volume fraction of glass macrofibers in the longitudinal and lateral directions. In the second stage of this research, the effect of adding mixture of silica nanoparticles and multi walled carbon nanotubes with equal weight ratio (1:1) on mechanical properties at 0.25%, 0.5% and 0.75% weight percentage in double cantilever beam (DCB) specimens was investigated using experimental study. For mixture of silica nanoparticles and multi walled carbon nanotubes with equal weight ratio (1:1) the highest improvement of the joints happened in 0.5% of weight percentage, which was 91% in the initial fracture energy and 35% in the Maximum load. Whereas the percentage of initial fracture energy is continuously decreasing with the increase weight percentage of mixture of silica nanoparticles and multi walled carbon nanotubes with equal weight ratio (1:1).

اتصال تير يكسر گيردار دولبه , الياف بلند شيشه , نانوذرات تقويت‌كننده , انرژي شكست

DCB joints , glass macrofibers , nanoparticles , fracture energy