33138

بررسي عددي و تجربي اتصالات چسبي تحت بارگذاري ضربه¬اي با توسعه يك مدل چسبناك

دكتري

مهندسي مكانيك-گرايش سازه و بدنه

1403

1403/12/08

دكتر جواد مرزبان راد

دكتر هادي خرمي شاد

خودرو

امروزه طراحي قطعات خودرو به منظور كاهش وزن آنها، يكي از مباحث مهم از جهت كاهش مصرف سوخت، كاهش آلاينده‌هاي زيست محيطي و كاهش هزينه هاي توليد مي باشد. اخيرا در بسياري از صنايع، مانند صنعت خودروسازي، اتصالات چسبي به صورت گسترده اي مورد استفاده قرار مي گيرند كه استفاده از خواص چسبندگي اتصالات چسبي موجب بهبود رفتاِر مكانيكي، كاهش وزن و تسهيل توليد مي شود. در اين تحقيق به بررسي اتصالات چسبي تحت بارگذاري شبيه استاتيكي و ضربه اي (مود يك، دو و تركيبي) در شراط مختلف و تاثير پارامتر نرخ كرنش پرداخته شده است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد با افزايش نرخ كرنش، حداكثر نيرو و انرژي شكست در مود يك بارگذاري افزايش و در مود دو با كاهش همراه است. در اتصال چسبي تحت بارگذاري مود تركيبي از نمونه اتصال تك لبه استفاده شد كه با استفاده از مقادير انرژي شكست و حداكثر تنش چسبناك مود يك و دو، نمودار نيرو جابجايي پيشبيني مي‌شود. براي بدست آوردن مدل ناحيه چسبناك، تئوري تير بر پايه نرمي براي بارگذاري ديناميكي استفاده شده است كه از مزيت اين تئوري عدم نياز به ثبت طول ترك در هنگام بارگذاري مي باشد كه اين فرآيند در تحليل هاي ديناميكي كار سخت و دشواري است. در رابطه بدست آوردن انرژي شكست اتصال چسبي تحت مود يك در بارگذاري ضربه با گوه پارامترهاي زاويه گوه و فاصله محل برخورد تا تار خنثي نيز دخالت داده شده است كه باعث افزايش دقت نتايج مي‌شود. پس از بدست آوردن اطلاعات آزمون¬هاي تجربي جهت صحت نتايج با روش المان محدود و استفاده از مدل ناحيه چسبناك وابسته به نرخ كرنش مقايسه گرديده است. همچنين در اين تحقيق تاثير وجود نانولوله هاي كربني در چسب مورد بررسي قرار گرفت كه با افزودن 0.3 درصد وزني نانولوله هاي كربني حداكثر نيرو و انرژي شكست به ترتيب 73 و 72 درصد در بارگذاري استاتيكي و 16 و 16.2 درصد در بارگذاري ضربه‌اي افزايش به همراه داشت.

1403/12/19

Numerical and experimental investigation of adhesive joints under impact loading by developing a cohesive zone model

3/18/2026 12:00:00 AM

The design of automotive components today, with the aim of reducing their weight, is one of the key topics in terms of reducing fuel consumption, minimizing environmental pollutants, and cutting production costs. Recently, adhesive bonding has been widely used in many industries, such as the automotive industry, where the adhesive bonding properties improve mechanical behavior, reduce weight, and facilitate production. This research investigates adhesive joints under quasi-static and impact loading (Mode I, II, and mixed modes) under various conditions and the influence of strain rate parameters. The results show that as the strain rate increases, the maximum force and fracture energy increase in Mode I loading, while they decrease in Mode II. For adhesive joints under mixed mode loading, a single-edge adhesive joint sample was used, and the force-displacement curve is predicted using the fracture energy values and maximum adhesive stress in Modes I and II. To obtain the cohesive zone model, a compliance-based beam theory for dynamic loading is used, which benefits from not needing to record crack length during loading process that is difficult in dynamic analysis. In the equation for the fracture energy of adhesive joints under Mode I impact loading, wedge parameters such as the wedge angle and the distance from the impact point to the neutral axis are also involved, which enhances the accuracy of the results. After obtaining experimental test data, the results were compared with the finite element method using a strain-rate-dependent cohesive zone model to verify the results. Additionally, this study examined the effect of carbon nanotubes in the adhesive, finding that adding 0.3% by weight of carbon nanotubes increased the maximum force and fracture energy by 73% and 72%, respectively, under static loading, and by 16% and 16.2% under impact loading.

اتصالات چسبي , مدل ناحيه چسبناك , تئوري تير بر پايه نرمي , بارگذاري ضربه اي , انرژي شكست

Adhesive joints , cohesive zone model , compliance-based beam theory , impact loading , fracture energy

David Zarifpour

Dr Javad Marzbanrad