31265

مطالعه تجربي تاثير آماده سازي سطح در خواص شكست اتصالات كامپوزيت-فلز

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا گرايش سازه هاي هوايي

1400

1403/7/10

دكتر بيژن محمدي سنگجوئي

دكتر روح اله طالبي

مهندس مكانيك

مواد كامپوزيتي به دليل انعطاف پذيري در طراحي، نسبت استحكام به وزن بال و مقاومت در برابر شكست بالا، در صناي خودروسازي، هوافضا، دريايي و ساختماني ترجيح داده ميشوند . از آنجايي كه اكثر سازه هاي امروزي تركيبي هستند، يعني از تركيب فلزات و كامپوزيت ها ساخته شده اند، اتصال اين دو همچنان مسئله بزرگ صنعتي است. براي اتصال كامپوزيت-فلز، روش هاي مختلفي مانند چسباندن، بست هاي مكانيكي و تركيبي از اين روش ها گزارش شده است. براي بهبود اتصال چسبي بين اين دو، سطح فلز، كامپوزيت و چسب اصالح ميشود. در اين پژوهش، ابتدا مروري بر انواع روش هاي آماده سازي سطح مورد نياز براي فلزات، كامپوزيتها و چسبها و تأثير آن استحكام اتصالات چسبي ارائه شده است. در ادامه به انواع شكست در اتصالات چسبي پرداخته شده و آزمايش ها و روش هاي مناسب جهت مشخصه يابي شكست اتصال كامپوزيت به فلز ارائه شده است. همچنين با توجه به خلاء هاي تحقيقاتي موجود، تأثير روش هاي مختلف آماده سازي سطح فولاد بر خواص شكست اتصالات چسبي كامپوزيت شيشه/اپوكسي به فولاد مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور، 10 روش مختلف آماده سازي سطح فولاد شامل سنباده زني، سندبلاست، وايركات با الگوهاي شيار مختلف، و تركيب اين روش ها با اسيدشويي، انتخاب و مورد آزمعايش قعرار گرفعت. اتصالات كامپوزيت به فولاد پس از آماده سازي سطح ساخته شده و آزمايش هاي شكست شامل بار-جابجايي و منحني هاي مقاومت (curve-R) با استفاده از روش CBBM براي محاسبه پارامترهاي شكست انجام شد . نتايج تحقيق نشان داد كه روش وايركات با سندبلاست و اسيدشويي (روش 10 )بهترين عملكرد را در افزايش انرژي شكست و بهبود خواص مكانيكي ارائه داد. اين روش به ميزان 233 درصد افزايش در انرژي شكست نسبت به نمونه هاي ساده را نشان داد و به عنوان بهترين روش براي دستيابي به چسبندگي مؤثر ميان چسب و فولاد شناخته شد. براي اين روش مدلسازي آسيب به روش CZM نيز صورت گرفت. روش هاي ديگر شامل تركيب وايركات و سمباده زني (روش 4 ،)سندبلاست به تنهايي (روش 8 ،)و تركيب وايركات و سندبالست (روش 9 )نيز بهبود قابل توجهي در انرژي شكست ارائه دادند، هرچند كه كمتر از روش 10 مؤثر بودند . استفاده از تيغ كارد(روش 3 )و وايركات (روش 4 )نتايج مشابهي داشتند كه نشان دهنده امكان جايگزيني مقرون به صرفه تيغ كارد به جاي وايركات است. همچنين، تأثير افزايش فاصله ميان شيارها بر كاهش انرژي شكست مشاهده شد .

1403/07/14

Experimental study on the effect of surface treatment on fracture properties of metal-composite joints

1/1/1900 12:00:00 AM

Composite materials are preferred in the automotive, aerospace, marine, and construction industries due to their flexibility in design, high strength-to-weight ratio, and excellent resistance to failure. Since most modern structures are hybrid, combining metals and composites, the integration of these materials remains a significant industrial challenge. Various methods for joining composites to metals, such as bonding, mechanical fasteners, and a combination of these methods, have been reported. To improve adhesive bonding between these two materials, the metal surface, composite, and adhesive are modified. This research provides an overview of the various surface preparation methods required for metals, composites, and adhesives, and their impact on adhesive joint strength. It then addresses types of failures in adhesive joints and presents appropriate tests and methods for characterizing the failure of composite-to-metal joints. Additionally, given existing research gaps, the effect of different steel surface preparation methods on the failure properties of glass/epoxy composite-to-steel adhesive joints is examined. For this purpose, ten different steel surface preparation methods were selected and tested, including sanding, sandblasting, wire-cutting with various groove patterns, and combinations of these methods with acid washing. Composite-to-steel joints were fabricated after surface preparation, and failure tests, including load-displacement and resistance (R-curve) curves, were performed using the CBBM method to calculate failure parameters. The results indicated that the wire-cutting method combined with sandblasting and acid washing (Method 10) demonstrated the best performance in increasing failure energy and improving mechanical properties. This method showed a 233% increase in failure energy compared to simple samples and was recognized as the best method for achieving effective adhesion between the adhesive and steel. Other methods, including combinations of wire-cutting and sanding (Method 4), sandblasting alone (Method 8), and a combination of wire-cutting and sandblasting (Method 9), also showed significant improvements in failure energy and mechanical properties, although they were less effective than Method 10. The use of blade scraping (Method 3) and wire-cutting (Method 4) yielded similar results, indicating that blade scraping could be a cost-effective alternative to wire-cutting. Furthermore, an increased distance between grooves was observed to reduce failure energy. Blade scraping and sandblasting alone were also identified as suitable options in various conditions.

سند بلاست , وايركات , اتصال كامپوزيت به فلز

Sandblast , Wire cut , composite-to-metal joint

Sina ziary

Dr.bijan mohammadi