31237

مدلسازي خستگي در اتصالات چسبي به روش اجزاء محدود توسعه يافته

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي ـ مكانيك جامدات

1400

1403/4/13

هادي خرمي شاد

/

مهندسي مكانيك

درپي افزايش چشمگير كاربرد اتصالات چسبي در صنايع مختلف نظير صنايع هوايي، صنايع دريايي و صنعت خودرو پيش بيني رفتار مكانيكي اين اتصالات تحت بارگذاري خستگي امري كاملاً ضروري است چراكه پديده خستگي بسيار شايع بوده و بيشترين ميزان آسيب در اتصالات چسبي با بارگذاري خستگي ايجاد مي¬شود. روش اجزاء محدود توسعه يافته يكي از قوي¬ترين ابزارهاي عددي به منظور بررسي رفتار خستگي است. مزايايي همچون عدم نياز به وجود ترك اوليه در سازه، عدم نياز به مش¬بندي مجدد به هنگام رشد ترك، توانايي بالاي اين روش در پيش¬بيني رفتار آسيب خستگي و بي نياز بودن اين روش نسبت به تعريف مسير ترك از قبل، كاربرد روش اجزاء محدود توسعه يافته در حوزه¬هاي مختلف را گسترش داده است. در اين پژوهش، يك روش بر پايه¬ي تئوري هاي تير و انرژي كه به روش تير بر پايه¬ي نرمي معروف است بر روي نمونه¬ي تير خمش كوتاه اعمال شده و روابط مورد نياز جهت محاسبه¬ي نرخ آزادسازي انرژي كرنشي استخراج شدند. سپس مشخصه¬يابي شكست تحت مود I بارگذاري انجام شد و به منظور صحت سنجي نتايج بدست آمده نمونه¬هاي تير دولبه يكسر گيردار ساخته و آزمايش شدند و همخواني مناسبي بين نتايج هر دو نمونه مشاهده شد. سپس، تخمين عمر خستگي نمونه¬هاي DCB با چسب¬هاي اپوكسي و سيليكون تحت شرايط بارگذاري استاتيكي و خستگي بوسيله¬ي روش اجزاء محدود توسعه يافته و قانون پاريس انجام شد. تحت شرايط بارگذاري استاتيكي نمودارهاي نيرو-جابجايي عددي براي هر دو چسب با روش¬هاي مدل ناحيه چسبنده و اجزاء محدود توسعه يافته بدست آمدند. براي شرايط بارگذاري خستگي نيز با توجه به عمر خستگي تجربي موجود در مرجع مورد نظر، پارامترهاي مدل خستگي كاليبره شدند. براي هر دو چسب، عمر خستگي كل و پارامترهاي قانون پاريس بدست آمده از تحليل¬هاي عددي تطابق خوبي با نتايج تجربي داشتند بطوريكه عمر خستگي عددي و تجربي براي چسب اپوكسي 2.1% و براي چسب سيليكون 2.7% اختلاف داشتند كه نشان دهنده دقت مناسب روش ارائه شده جهت تخمين عمر خستگي اتصالات چسبي تحت مود I بارگذاري است. واژه‌هاي كليدي: اتصالات چسبي، مدل ناحيه چسبنده، اجزاء محدود توسعه يافته، روش تير بر پايه¬ي نرمي، نرخ آزادسازي انرژي كرنشي، مود I

1403/06/10

Fatigue modeling of adhesively bonded joint by XFEM method

1/1/1900 12:00:00 AM

Due to the significant increase in the use of adhesively bonded joints in various industries such as the aviation industry, marine industry, and automobile industry, it is necessary to predict the mechanical behavior of these joints under fatigue loading, because the phenomenon of fatigue is very common and the highest amount of damage in adhesive joints is caused by fatigue loading. The extended finite element method is one of the most powerful numerical tools to investigate fatigue behavior. Advantages such as no need to have an initial crack in the structure, no need to re-mesh when the crack grows, the high ability of this method to predict fatigue damage behavior, and no need for this method to define the crack path in advance, The application of the extended finite element method has expanded in various fields. In the first part of this research, a method based on the theories of beam and energy, which is known as the compliance-based beam method, is applied on a short beam bend specimen and the relationships required to calculate the strain energy release rate were extracted. Then, failure characterization was done under mode I loading, and in order to validate the obtained results, DCB specimens were made and tested, and a good agreement between the results of both specimens was observed. In the second part, the fatigue life estimation of DCB specimens with epoxy and silicone adhesives under static loading and fatigue conditions was done by the extended finite element method and Paris law. Under static loading conditions, numerical force-displacement curves were obtained for both adhesives with the methods of cohesive zone model and extended finite element method. For the fatigue loading conditions, the parameters of the fatigue model were calibrated according to the experimental fatigue life available in the reference. For both adhesives, the total fatigue life and Paris law parameters obtained from numerical analyses were in good agreement with the experimental results, so the numerical and experimental fatigue life for epoxy adhesive only differed by 2.1% and for silicone adhesive by only 2.7%. which shows the appropriate accuracy of the presented method to estimate the fatigue life of adhesive joints under mode I loading. Keywords: Adhesively bonded joints, Cohesive zone model, Extended finite element method, Compliance-Based Beam Method, strain energy release rate, mode I

روش تير بر پايه ي نرمي , تير خمش كوتاه , تير دولبه يكسر گيردار , نرخ آزادسازي انرژي كرنشي

Compliance-Based Beam Method (CBBM) , Short beam bend (SBB) , Double cantilever beam (DCB) , strain energy release rate

Reza Mohsenikia

Dr. Hadi Khoramishad