22927

بهبود رفتار مكانيكي اتصالات چسبي با استفاده توامان از سيم ها و نانوذرات

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - مكانيك جامدات

96-97

1399/6/19

دكتر هادي خرمي شاد

مكانيك

در سال¬هاي اخير اتصالات چسبي به دليل ويژگي¬هاي منحصر به فرد خود نسبت به ساير اتصالات مرسوم، در صنايع متنوعي مورد استفاده قرار گرفته¬اند. اين امر باعث شده توزيع يكنواخت تنش در لايه چسب و افزايش استحكام و چقرمگي چسب از اهميت به سزايي برخوردار باشد. از جمله روش¬هاي پيشنهادي براي رسيدن به اين هدف كه توسط بسياري از محققان ارائه شده است، استفاده از سيم¬هاي فلزي و انواع نانو ذرات با درصد وزني¬هاي متفاوت به عنوان تقويت كننده در لايه چسب مي¬باشد. علاوه بر اين، آلياژهاي حافظه¬دار نيز دسته¬اي از انواع مواد هوشمند مي¬باشند كه به دليل رفتارهاي خاصي كه از خود بروز مي-دهند، مورد توجه صنايع مختلف قرار گرفته¬اند. بازيابي كرنش حاصل از نيروهاي مكانيكي با اعمال حرارت، يكي از مهمترين ويژگي اين آلياژها مي¬باشد. در قسمت اول پژوهش حاضر، به منظور افزايش استحكام برشي و تغيير طول تا شكست اتصال چسبي تك لبه¬اي، از سيم¬هاي آلومينيومي با هندسه¬هاي متفاوت نظير سيم¬هاي صاف، سيم¬هاي فنري شكل با تعداد حلقه¬هاي بالا و پايين، سيم¬هاي داراي پيچ خوردگي و هم¬چنين تركيبي از نانولوله¬هاي كربني چند ديواره و سيم¬هاي آلومينيومي صاف در لايه چسب استفاده شد كه به ترتيب بهبودي برابر با 118%، %48، %78، %165 و 171% نسبت به چسب تقويت نشده در استحكام برشي چسب مشاهده گرديد. علاوه بر اين، بالاترين مقدار تغيير طول تا شكست در قسمت اول تحقيق نيز، در حالتي به دست آمد كه از تركيب سيم¬هاي آلومينيومي و نانو لوله¬هاي كربني در لايه چسب استفاده شد كه بهبودي برابر با 371% را نسبت به چسب تقويت نشده به دنبال داشت. در قسمت دوم پژوهش حاضر، از سيم¬هاي حافظه¬دار نيتينول در لايه چسب استفاده شد و اثر پيش كرنش¬هاي متفاوت و خاصيت حافظه¬داري اين مواد بر بهبود رفتار مكانيكي اتصالات چسبي تك لبه¬اي مطالعه گرديد. نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه بيش¬ترين بهبود در تنش برشي و تغيير طول تا شكست لايه چسب در اين حالت زماني حاصل مي¬شود كه از تركيبي از سيم¬هاي داراي پيش كرنش %6 و 0.3 درصد وزني از نانو لوله¬هاي كربني به عنوان تقويت كننده در لايه چسب استفاده شود و اين مقادير به ترتيب 44% و 492% به دست آمد. علاوه بر اين، در استفاده از سيم¬هاي حافظه¬دار به عنوان تقويت كننده بدون حضور نانو ذرات، نتايج آشكار كرد كه با افزايش پيش¬كرنش اعمالي به سيم¬ها، روند بهبود خواص مكانيكي به صورت افزايشي مي¬باشد. اين در حاليست كه با استفاده تركيبي از سيم¬هاي هوشمند و نانوذرات، ميزان بهبود تنش برشي ميانگين و تغيير طول تا شكست اتصالات نسبت به حالت بدون نانو لوله¬هاي كربني افزايش بيشتري را به دنبال داشته است. علاوه بر اين سطح شكست اتصالات چسبي تك لبه¬اي توسط ميكروسكوپ الكتروني روبشي بررسي شد و مشاهده گرديد كه با تقويت لايه چسب توسط سيم¬ها و نانو لوله¬هاي كربني، زبري سطوح افزايش يافته و چين¬خوردگي¬هايي روي سطوح ايجاد مي¬گردد كه اين امر ارتباط مستقيمي با افزايش استحكام برشي و تغيير طول تا شكست اتصالات داشته است.

1399/10/08

Improving the mechanical properties of adhesively bonded joints by using the combination of nano particles and wires

9/10/2021 12:00:00 AM

In recent years adhesively bonded joints has been used in various industries due to their uniqe features in comparison with other conventional fastening joints. Therefore, stress distribution, strength and fracture toughness of the adhesive layer are of the utmost importance in adhesively bonded joints. Using metallic fibers and nano particles are some proposed methods to achive this goal. Shape memory alloys are group of smart materials that attracted the attention of different industries because of their significant features due to the short time of their discovery. Strain recovery resulted from mechanical force by applying heat is one of the most important properties of this alloys. In the first part of the present research, aluminum wires with different geometric shapes such as straight wires, twisted wires, spring-shaped wires and a combination of MWCNTs and aluminum straight wires were used as reinforcement in the adhesive layer and the improvement about %118, %48, %78, %165 and % 171 was observed in the shear strength of SLJs respectively. Experimental results also indicated that the maximum improvement of elongation at failure obtained approximately %371 while a combination of MWCNTs and aluminum wires were used in the adhesive layer. Additionally, in the second part of this study, the effect of incorporating the adhesive layer with shape memoey wires with various pre-strain rate and the shape memory effect of these alloys on improving the mechanical properties of SLJs was studied experimentally. According to the experimental results, maximum shear strength and elongation at failure occurred when a combination of 0.3 wt% of MWCNTs and sma wires with %6 pre-strain rate were used as reinforcement in the adhesive layer and the improved values reaches to %44 and %492 respectively. Moreover, results indicated that by increasing the pre-strain rate of shape memory wires, mechanical properties of SLJs improved marginally but when a combination of SMA wires with various pre-strain rate and 0.3 wt% of MWCNTs were used as reinforcement in the adhesive layer, average shear stress and elongation at failure went up considerably compared to unreinforced adhesive. Moreover, the fracture surfaces and damage mechanisms of SLJs were investigated by using SEM analysis and it was revealed that by incorporating the adhesive layer with nanoparticles and wires, the fracture roughness increased and wrinkles was observed on the samples fracture surfaces and this was in direct correlation with the joints strength values and fracture surfaces.