16345

16345

تاثير نانوذرات و ماكرو الياف‌ تقويت‌كننده بر استحكام‌ سازه‌‌هاي اتصال چسبي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا - سازه‌هاي هوايي

اسفند 1394

دكتر مجيد رضا آيت‌اللهي

مكانيك

چكيده اتصالات چسبي به دليل ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد خود نسبت به ساير اتصالات مرسوم، در صنايع حساس استفاده مي‌شوند. اين امر باعث شده توزيع تنش و افزايش استحكام و چقرمگي در لايه چسب از اهميت خاصي برخوردار باشد. اضافه نمودن ذرات و الياف در لايه چسب يكي از روش‌هاي پيشنهادي براي رسيدن به اين هدف مي‌باشد. در بخش اول اين پژوهش تأثير اضافه نمودن نانو ذرات سيليكا و نانولوله‌هاي كربني به‌صورت تك‌فاز و تركيب اين دو نانوذره با نسبت وزني برابر (1:1) بر روي خواص مكانيكي اتصالات تك لبه كه شامل استحكام برشي ميانگين و جابه‌جايي شكست مي‌شود در سه درصد وزني 2/0%، 5/0% و 8/0% بررسي شده‌اند. روند تغييرات در استحكام برشي ميانگين و جابه‌جايي شكست در اتصالات تك لبه تقويت‌شده توسط نانو ذرات سيليكا افزايشي بوده به‌طوري‌كه در درصد وزني 8/0% (بيشينه بهبود) مقادير استحكام برشي ميانگين و جابه‌جايي شكست نسبت به اتصال تقويت نشده به ترتيب به ميزان 87/26% و 19.54% افزايش يافت اين در حالي است كه در اتصالات چسبي تقويت‌شده توسط نانولوله‌هاي كربني به‌صورت تك‌فاز به بيشينه مقدار خود در درصد وزني 5/0% رسيده و درنهايت كاهش پيدا نمود به‌طوري‌كه در درصد وزني 5/0% ميزان استحكام برشي ميانگين و جابه‌جايي شكست به ميزان 43/15% و 1/20% افزايش يافت. اثر تركيب نانو ذرات سيليكا و نانولوله‌هاي كربني با نسبت وزني برابر بر خواص مكانيكي يادشده افزايشي بوده به‌طوري‌كه در درصد وزني 8/0% (بيشينه بهبود) با تأثير بهتر در مقايسه با نانو ذرات تك‌فاز به ميزان 27/28% و 36% نسبت به چسب تقويت نشده افزايش پيدا نمود و در انتها مكانيزم‌هاي اثرگذار در افزايش يا كاهش خواص مكانيكي در اتصالات تك لبه توسط تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي شناسايي گرديد. در بخش دوم پژوهش اثر ماكرو الياف‌هاي فلزي در دو جهت‌گيري طولي و عرضي در فواصل افقي 5/1، 1 و 5/0 ميلي‌متر بر خواص مكانيكي يادشده و توزيع تنش‌هاي پوست‌كني و برشي در لايه چسب با مطالعه تجربي و تحليل المان محدود بررسي گرديد. نتايج نشان داد جهت‌گيري طولي الياف به دليل باربري قابل‌توجه در لايه چسب نقش سازنده‌اي داشته به‌طوري‌كه در فاصله افقي 1 ميلي‌متر (بيشينه بهبود)، مقادير خواص مكانيكي يادشده به ترتيب به ميزان 50% و 36% افزايش پيدا نمود اين در حالي است كه در جهت‌گيري عرضي خواص مكانيكي يادشده در اتصال با كاهش فاصله افقي ميان ماكرو الياف‌هاي فلزي پيوسته رو به كاهش است. واژه‌هاي كليدي: اتصالات تك لبه، نانو ذرات تقويت‌كننده، ماكرو الياف فلزي، خواص مكانيكي

1395/11/02

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: Adhesively bonded joints are extensively used in sensitive industries due to their exclusive charactristics in comparison with other conventional joints. Adding particles an​d 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 adding silica nanoparticles (SNPs) an​d multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as single-type nanoparticles an​d hybrid nanoparticles with equal weight ratio (1:1) at three weight percentages of 0.2%, 0.5% an​d 0.8% on the mechanical properties of single lap joints (SLJs) including average shear strength an​d elongation at failure point was investigated. The trend of improving the average shear strength an​d elongation at failure point of SLJs reinforced by adding SNPs into the adhesive layer increased, such that the average shear strength an​d elongation at failure values of SLJs reinforced by 0.8 wt% SNPs (maximum improvement) increased by 26.87% an​d 19.54% comparing unreinforced adhesive joint, respectively. In SLJs reinforced by single-type MWCNTs, the average shear strength an​d elongation at failure values increased up to 0.5 wt% an​d then decreased, such that at 0.5 wt% MWCNTs, the values of average shear strength an​d elongation at failure increased by 15.43% an​d 20.1% comparing with unreinforced adhesive joints, respectively. The effect of adding hybrid nanoparticles including MWCNTs an​d SNPs with equal weight ratio improved the average shear strength an​d elongation at failure values by increasing the weight percentages of hybrid nanoparticles, such that at 0.8 wt% of hybrid nanoparticles (maximum improvement), the average shear strength an​d elongation at failure values increased by 28.27% an​d 36% comparing with unreinforced adhesive joint, respectively. Finally, the effective mechanisms on increasing o​r decreasing the mechanical properties of reinforced SLJs by a scanning electron microscope images (SEM) were identified. In the second stage of this research, the effect of metal macrofibers in longitudinal an​d lateral directions on mentioned mechanical properties an​d peel an​d shear stresses distribution at horizontal distances of 0.5, 1 an​d 1.5 mm was investigated using experimental study an​d finite element modeling. The obtained results showed that the longitudinal direction of metal macrofibers due to high load bearing in the adhesive layer had a significant role in improving peel an​d shear stresses distribution, such that at 1 mm horizontal distance (maximum improvement), the average shear strength an​d elongation at failure values increased by 50% an​d 36%, respectively. However, the mentioned mechanical properties decreased regularly by the reduction of the horizontal distances between the metal fibers in the lateral direction in the adhesive joint. Keywords: Single lap joints; nanoparticles reinforcement; metal macrofibers; mechanical properties