شماره ركورد
34819
پديد آورنده
جمال بيدادي
عنوان
بررسي تجربي و عددي رفتار خزشي در اتصالات چسبي فلز- كامپوزيت با استفاده از مدل آسيب ناحيه چسبناك
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك- مهندسي خودرو ـ سازه و بدنه
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1403/10/9
استاد راهنما
حامد سعيدي گوگرچين
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي خودرو
چكيده
اين رساله بهمنظور ارائه يك چارچوب تجربي و عددي مبتني بر مفاهيم مكانيك شكست و مكانيك آسيب، جهت بررسي رفتار خزشي در اتصالات چسبي تدوين شده است. در اين راستا از يكي از رايجترين مدلهاي عددي مرسوم بر پايه مفاهيم مكانيك شكست و مكانيك آسيب، يعني مدل آسيب ناحيه چسبناك دوخطي (bi-linear cohesive zone damage model) استفاده شده است كه مدل مادي سنتي آن در نرم افزارهاي تجاري نظير آباكوس قابل استفاده ميباشد. يكي از ضعفهاي مدلهاي مادي سنتي مبتني بر آسيب ناحيه چسبناك و موجود در نرمافزارهاي تجاري، عدم توانايي آنها در شبيهسازي عددي رفتار خزشي در اتصالات چسبي است. بنابراين هدف از اجراي اين رساله، ايجاد اصلاحاتي در مدل آسيب ناحيه چسبناك دوخطي و بكارگيري آن جهت شبيهسازي عددي رفتار خزشي در اتصالات چسبي ميباشد. در گام نخست و در يك طرح جامع آزمايشگاهي، براي اتصالات چسبي فلز به فلز ساخته شده با چسب آرالدايت 2015، وابستگي به خزش در قوانين كشش-جدايش يعني پارامترهاي انرژي شكست چسبناك (G_c)، تنش شكست چسبناك (σ_c) و سفتي اوليه چسبناك (K_c) مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بخش تجربي نشان داد كه با افزايش در مقادير متغيرهاي خزشي يعني سطح بار خزشي (creep load level) و مدت زمان خزش (creep duration)، كاهش قابل ملاحظهاي در مقادير انرژي شكست چسبناك باقيمانده (G_Rc) و تنش شكست چسبناك باقيمانده (σ_Rc) مشاهده ميگردد در حالي كه ميزان كاهش در پارامتر سفتي اوليه چسبناك (K_c) ناچيز ميباشد. سپس، قوانين كشش-جدايش بهدستآمده براي اتصالات فلز به فلز، با استفاده از مدل آسيب ناحيه چسبناك دوخطي موجود در نرمافزار آباكوس شبيهسازي شدند. مقايسه نتايج تجربي و شبيهسازي عددي نشان داد كه قوانين كشش-جدايش استخراجي در بخش تجربي، توانايي خوبي در پيشبيني منحنيهاي بار-جابجايي اتصالات فلز به فلز براي هندسههاي مختلف، از جمله لب به لب (butt joint) و تير دوبل يكسرگيردار (DCB)، دارند. در ادامه، قوانين كشش-جدايش استخراجشده بهعنوان ورودي براي توسعه يك مدل عددي مبتني بر آسيب ناحيه چسبناك دوخطي استفاده شدند. اين مدل براي پيشبيني رفتار خزشي در اتصالات چسبي (پيشبيني منحنيهاي كرنش خزشي-زمان) طراحي و توسعه يافت و توانست با دقت مناسب تغييرات كرنش خزشي بر حسب زمان را براي اتصالات فلز به فلز شبيهسازي نمايد. براي بررسي عملكرد قوانين كشش-جدايش فلز به فلز در پيشبيني رفتار خزشي اتصالات فلز به كامپوزيت، مجموعهاي از آزمونهاي خزشي تحت سطوح مختلف بار خزشي و در مدت زمان خزشي مشخص بر روي اتصالات فلز به كامپوزيت انجام پذيرفت. اين آزمايشها نيز براي دو هندسه مختلف، يعني لب به لب و تير دوبل يكسرگيردار، انجام گرفت. نتايج نشان داد كه قوانين كشش-جدايش بهدستآمده از اتصالات فلز به فلز، با دقت قابل قبولي رفتار خزشي اتصالات فلز به كامپوزيت را نيز پيشبيني مينمايند. در ادامه كارايي قوانين كشش-جدايش استخراج شده با مطالعهاي پارامتريك در بخش عددي ادامه يافت. اين مطالعه جهت بررسي تاثير ضخامت و گرده چسب بر رفتار خزشي اتصالات چسبي انجام پذيرفت. نتايج عددي استخراجي از مدل دو خطي توسعه داده شده نشان داد كه افزايش ضخامت و گرده چسب به ترتيب سبب افزايش و كاهش كرنش خزشي در اتصالات چسبي ميشود كه در تطابق با نتايج تحقيقات پيشين بود. بنابراين، مدل عددي توسعه داده شده، جامعيت و دقت خود را در تحليل رفتار خزشي انواع اتصالات چسبي بدون وابستگي به هندسه اتصال و جنس مواد چسبنده به اثبات رساند. در نهايت ميتوان اذعان داشت كه چارچوب ارائه شده در اين رساله امكان تحليل رفتار شكست اتصالات چسبي تحت بارگذاري خزشي را فراهم مينمايد. همچنين، اين روش با كاهش نياز به آزمايشهاي پرهزينه و زمانبر خزش، راهكاري اقتصادي و كارآمد براي صنايع مختلف، از جمله هوافضا، خودروسازي و سازههاي پيشرفته ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/27
عنوان به انگليسي
Experimental and Numerical Investigation on Creep Behavior of Metal-Composite Adhesive Joints Using Cohesive Zone Model
تاريخ بهره برداري
4/21/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
جمال بيدادي
چكيده به لاتين
This dissertation was conducted with the aim of presenting an experimental–numerical framework based on the concepts of fracture mechanics and damage mechanics to investigate the creep behavior of adhesive joints. In this regard, one of the most widely used numerical models based on fracture and damage mechanics concepts, namely the bi-linear cohesive zone damage model, was employed. Its conventional material formulation is available in commercial finite element software such as Abaqus. One of the main limitations of conventional cohesive zone damage material models implemented in commercial software is their inability to numerically simulate the creep behavior of adhesive joints. Therefore, the main objective of this dissertation is to introduce modifications to the bi-linear cohesive zone damage model and employ it to numerically simulate creep behavior in adhesive joints. In the first stage, within a comprehensive experimental program, the creep dependency of traction–separation laws—namely the parameters of cohesive fracture energy, cohesive strength, and initial cohesive stiffness—was investigated for metal–metal adhesive joints fabricated using Araldite 2015 adhesive. The results of the experimental study indicated that increasing the creep variables, including the creep load level and creep duration, leads to a significant reduction in the residual cohesive fracture energy and residual cohesive strength. In contrast, the reduction in the initial cohesive stiffness parameter was found to be negligible. Subsequently, the obtained traction–separation laws for metal–metal joints were implemented using the bi-linear cohesive zone damage model available in Abaqus. A comparison between experimental and numerical simulation results demonstrated that the experimentally extracted traction–separation laws are capable of accurately predicting the load–displacement curves of metal–metal joints with different geometries, including butt joints and double cantilever beam (DCB) configurations. Furthermore, the extracted traction–separation laws were used as input parameters to develop a numerical model based on the bi-linear cohesive zone damage formulation. This model was designed and developed to predict the creep behavior of adhesive joints (i.e., creep strain–time curves) and was able to simulate the evolution of creep strain with time for metal–metal joints with satisfactory accuracy. To further evaluate the capability of the metal–metal traction–separation laws in predicting the creep behavior of metal–composite adhesive joints, a series of creep tests were performed under different creep load levels and for a specified creep duration on metal–composite joints. These experiments were also conducted for two different joint geometries, namely butt joint and double cantilever beam (DCB) configurations. The results indicated that the traction–separation laws obtained from metal–metal joints can predict the creep behavior of metal–composite joints with acceptable accuracy. In the next step, the effectiveness of the extracted traction–separation laws was further evaluated through a parametric numerical study. This study was conducted to investigate the influence of adhesive layer thickness and adhesive fillet on the creep behavior of adhesive joints. Numerical results obtained from the developed bi-linear model revealed that increasing the adhesive thickness and adhesive fillet leads to an increase and decrease in creep strain in adhesive joints, respectively. These findings are consistent with previously reported research results. Therefore, the developed numerical model demonstrated its robustness and accuracy in analyzing the creep behavior of various adhesive joints without dependence on joint geometry or adherend material type. Finally, it can be concluded that the framework proposed in this dissertation enables the analysis of fracture behavior in adhesive joints subjected to creep loading. Moreover, by reducing the need for costly and time-consuming creep experiments, this method provides an efficient and economical solution for various industries, including aerospace, automotive, and advanced structural applications.
كليدواژه هاي فارسي
اتصالات چسبي , بارگذاري خزشي , استحكام باقيمانده چسب , انرژي شكست باقيمانده چسب , مدل عددي ناحيه چسبناك
كليدواژه هاي لاتين
Adhesive joints , Creep Loading , Adhesive Residual Strength , Adhesive Residual Fracture Energy , Cohesive Zone Numerical Model
Author
Jamal Bidadi
SuperVisor
Dr. Saeidi