27993

بررسي رفتار شكست اتصالات چسبي تقويت‌شده با نانوذرات جهت‌دهي‌شده تحت بارگذاري مود تركيبي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399

1401/12/14

هادي خرمي‌شاد

مهندسي مكانيك

در اين تحقيق، مشخصه‌يابي شكست اتصالات چسبي ساخته‌شده با چسبنده‌هاي كامپوزيتي شيشه/اپوكسي كه با رزين اپوكسي تقويت‌شده با نانولوله‌هاي كربني جهت‌دهي‌شده به يكديگر متصل شده بودند، تحت بارگذاري‌هاي مود 1، مود 2 و مود تركيبي (1/2) به ترتيب با آزمون‌هاي تير دو‌لبه يكسرگيردار (DCB)، خمش تير با انتهاي شكاف‌دار (ENF) و خمش مود تركيبي (MMB) صورت گرفت. ابتدا روابط روش مبتني بر نرمي تير براي نمونه MMB تقويت‌نشده استخراج شد سپس منحني‌هاي مقاومت اين روش با روش‌هاي قديمي مقايسه شد. به منظور جهت‌دهي نانولوله‌هاي‌كربني در لايه چسب از ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي استفاده شد ولي با توجه به اين‌كه نانولوله‌هاي‌كربني‌ خاصيت مغناطيسي لازم را ندارند، با استفاده از روش پوشش‌دهي شيميايي، نانوذرات اكسيد آهن (Fe3O4) بر روي نانولوله‌هاي كربني چندجداره (MWCNT) پوشش داده‌شدند كه با روش‌هاي مختلف مشخص شد اين روش براي هيبريدكردن ذرات موفقيت‌آميز بوده‌است. به منظور بهبود پخش‌شدگي ذرات كه يكي از مهم‌ترين عوامل موثر بر بهبود خواص نانوكامپوزيت‌ها و چسب‌هاي تقويت‌شده مي‌باشد، تاثير پارامتر‌هاي سونيكيشن (شامل 5 توان خروجي و 3 زمان) و استفاده از حلال‌ها (شامل 5 حلال مختلف) بر پايداري حرارتي و مدول و استحكام كششي نانوكامپوزيت‌هاي اپوكسي/MWCNT-Fe3O4 بررسي‌شد كه منجر به بهبود استحكام كششي 47 درصدي نسبت به اپوكسي خالص شد. سپس مشخصه‌يابي شكست اتصالات چسبي تقويت‌شده با توزيع تصادفي ذرات و تقويت‌شده با ذرات جهت‌دهي شده در راستاي ضخامت چسب با ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي تحت بارگذاري‌هاي مود 1، مود 2 و مود تركيبي با روش مبتني بر نرمي تير صورت گرفت. اتصالات چسبي تقويت‌شده با ذرات جهت‌دهي‌شده تحت ميدان الكتريكي متناوب بهبودهاي 184، 243، 130 و 133 درصدي به ترتيب در انرژي شكست مود 1، 2 و تركيبي با نسبت‌هاي اختلاط مود 33/0 و 66/0 نسبت به اتصالات تقويت‌نشده داشتند. همچنين داده‌هاي بار-جابجايي به‌دست‌آمده از حل عددي توسط قوانين كشش-جدايش مثلثي به‌دست‌آمده از روش مستقيم، تعيين و با داده‌هاي آزمايشگاهي تطبيق داده‌شد.

1401/12/16

Mixed-mode fracture analysis of adhesively bonded joints reinforced with aligned nano-fillers

3/4/2024 12:00:00 AM

In this research, the fracture characterization of adhesively bonded joints made with glass/epoxy composite substrates was investigated. The substrates were bonded with an epoxy resin and reinforced with aligned carbon nanotubes and subjected to mode I, mode II, and mixed-mode (I/II) loading conditions using double cantilever beam (DCB), end-notch flexure (ENF), and mixed-mode bending (MMB) tests, respectively. First, the compliance-based beam method equations were obtained for an unreinforced MMB specimen, and then the resistance curves obtained using this method were compared with the classical methods. To align carbon nanotubes in the adhesive layer, electric and magnetic fields were employed. However, due to the insufficient magnetic properties of carbon nanotubes, iron oxide (Fe3O4) nanoparticles were coated on multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) using the chemical coating process. It was found that this method was successful for particle hybridization. To improve the dispersion quality of particles in the epoxy resin, which is a critical factor in enhancing the properties of nanocomposites and reinforced adhesives, the effects of sonication parameters (including five output powers and three times) and the use of solvents (including five different solvents) on the thermal stability, tensile modulus, and strength of MWCNT-Fe3O4/epoxy nanocomposites were investigated. This resulted in a 47% improvement in tensile strength compared to the neat epoxy. The fracture characterization of adhesive joints reinforced with randomly dispersed and aligned particles along the thickness of the adhesive with electric and magnetic fields under mode I, mode II, and mixed-mode loadings was carried out using the compliance-based beam method. Adhesive joints reinforced with aligned particles under an AC electric field showed a significant improvement in fracture energy of mode I, mode II, and mixed mode with mixed-mode ratios of 0.33 and 0.66, respectively, compared to unreinforced joints. The load-displacement data from the numerical solution were determined by the bilinear traction-separation laws obtained from the direct method and compared with the experimental data.

اتصالات چسبي تقويت‌شده , شكست تحت مود تركيبي , جهت‌دهي نانولوله‌هاي‌كربني

Reinforced adhesively bonded joints , Fracture under mixed-mode loading , Aligning carbon nanotubes

Amir Reza Fatolahi

Hadi Khoramishad