ارائه مدل تئوری و عددی برای پیش‌بینی سفتی اتصالات چسبی دولبه تحت بارگذاری دینامیکی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، شرکت مهندسی و ساخت ژنراتور مپنا، کرج، ایران

10.22044/jsfm.2020.9542.3152

چکیده

در تحقیق حاضر با ارائه مدلی تئوری مدول اتصال چسبی دولبه در نرخ‌های کرنش مختلف در بازه نرخ کرنش استاتیک تا s-11055پیش‌بینی می‌شود. بدین منظور با استفاده از پارامترهای هندسی و مدول الاستیک کششی چسبنده و مدول برشی لایه چسب در دو نرخ کرنش متفاوت، سهم هر یک از اجزا از نرخ کرنش اعمالی محاسبه شده و با محاسبه مدول برشی لایه چسب در سهم نرخ کرنش خود، مدول دینامیکی اتصال چسبی دولبه محاسبه می‌شود. مزیت چنین مدلی پیش‌بینی رفتار هرنوع اتصال چسبی بدون نیاز به انجام آزمایش با داشتن خواص چسبنده و لایه چسب و ابعاد هندسی اتصال است. در کنار مدل تئوری ارائه‌شده، مدلی المان محدود با استفاده از محیط نرم‌افزار آباکوس صریح ارائه می‌شود که با استفاده از خواص مکانیکی الاستیک اجزای اتصال و چگالی آن‌ها به‌همراه پارامترهای هندسی اتصال، مدول دینامیکی اتصال چسبی را پیش‌بینی می‌کند. مقایسه نتایج، همخوانی مطلوب نتایج مدل تئوری ارائه‌شده در این تحقیق و مدل المان محدود را نشان می‌دهد؛ به‌طوری‌که هر دو مدل روند افزایش مدول اتصال چسبی دولبه با افزایش نرخ کرنش را پیش‌بینی کرده و حداکثر اختلاف دو مدل کمتر از نه درصد است.

کلیدواژه‌ها


[1] Challita G, Othman R (2010) Finite-element analysis of SHPB tests on double-lap adhesive joints. Int J Adhes Adhes 30(4): 236-244.

[2] Sato C, Ikegami K (1999) Strength of adhesively-bonded butt joints of tubes subjected to combined high-rate loads. J Adhes 70(1-2): 57-73.

[3] Beevers A, Ellis MD (1984) Impact behaviour of bonded mild steel lap joints, Int J Adhes Adhes 4(1): 13-16.

[4] Zachary LW Burger CP (1980) Dynamic wave propagation in a single lap joint. Exp Mech 20(5): 162-166.

[5] Keisler C Lataillade JL (1995) The effect of substrate roughness characteristics on wettability and on the mechanical properties of adhesive j oints loaded at high strain rates. J Adhes Sci Technol 9(4): 395-411.

[6] Challita G,  Othman R, Casari P, Khalil K (2011) Experimental investigation of the shear dynamic behavior of double-lap adhesively bonded joints on a wide range of strain rates. Int J Adhes Adhes 31(3): 146-153.

[7] Carneiro Neto RM, Sampaio EM, Assis JT (2019) Numerical and experimental analysis of bonded joints with combined loading. Int J Adhes Adhes 90:  61-70.

[8] Volkersen O (1983) Die Nietkraftverteilung in zugbeanspruchten Nietverbindungen mit konstanten  Laschenquerschnitten, Luftfahrtforschung. 15(1/2): 41-47.

[9] Goland M, Reissner E (1944) The stresses in cemented joints. J Appl Mech 11(1): A17-A27.

[10] Adams RD, Peppiatt NA (1974) Stress analysis of adhesive-bonded lap joints. J Strain Anal Eng Des 9(3): 185-196.

[11] Hart-Smith LJ (1981) Stress analysis-A continuum mechanics approach (in adhesive bonded joints). Dev Adhes London Appl Sci Publ 1-44.

[12] De Bruyne NA (1944) The strength of glued joints. Aircr Eng Aerosp Technol 16(4): 115-118.

[13] Owens JFP, and Lee-Sullivan P (2000) Stiffness behaviour due to fracture in adhesively bonded composite-to-aluminum joints I. Theoretical model. Int J Adhes Adhes 20(1): 39-45.

[14] Kumazawa H, Kasahara T (2019) Analytical investigation of thermal and mechanical load effects on stress distribution in adhesive layer of double-lap metal-composite bonded joints. Adv Compos Mater 28(4): 425-444.

[15] Kessentini R, Klinkova O, Jrad H, Tawfig I, Haddar M (2018) Analytical and numerical investigation of coupled hygro-thermo-mechanical model of multi-layers bonded structure. Int J Adhes Adhes 84: 108-118.

[16] Hasanvand M, Shishehsaz M (2017) An analysis of stresses evaluation efficacy in adhesive single-lap joints. Journal of Solid and Fluid Mechanics 4(4): 49-58. (In Persian)

[17] Carlberger T, Stigh U (2007) An explicit FE-model of impact fracture in an adhesive joint. Eng Fract Mech 74(14): 2247-2262.

[18] Sawa T, Nagai T, Iwamoto T, Kuramoto H (2008) A study on evaluation of impact strength of adhesive joints subjected to impact shear loadings. in ASME 2008 International Mechanical Engineering Congress and Exposition 55-61.

[19] Miguel AG, Pagani A, Pizzo L, Catapano A, Panettieri E (2020) Accurate evaluation of 3D stress fields in adhesive bonded joints via higher-order FE models. Mech Adv Mater Struc 27(4): 61-70.

[20] Stapelton SE, Stier B, Jones S, Bergan A, Kaleel I, Petrolo M, Carrera E, Bednarcyk B (2019) A critical assessment of design tools for stress analysis of adhesively bonded double lap joints. Mech Adv Mater Struc 1-21.

[21] Heidari M, Salimi-Majd D, Mohhamadi B (2015) Failure analysis of composite wing adhesive joints using 3D cohesive interface element. Journal of Science and Technology of Composites (JSTC) 2(2): 31-40. (In Persian)

[22] Beevers A, Steidler SM, Durodola J, Coackley M (2001) Analysis of stiffness of adhesive joints in car bodies. J Mater Process Technol 118: 96-101.

[23] Xiao XS, Foss PH, Schroeder (2004) Stiffness prediction of the double lap shear joint. Part1: Analytical solution. Int J Adhes Adhes 24(3): 229-237.

[24] Hibbitt, Karlsson, and Sorensen, ABAQUS/ Explicit: User’s Manual, 1, (2001), Hibbitt, Karlsson and Sorenson Incorporated.

[25] Challita G, Othman R, Khalil K (2015) Compression and shear behavior of epoxy SA 80 bulk adhesive over wide ranges of strain rate. J Polym Eng 36(2):165-171.

[26] Johnson GGR, Cook HW (1983) A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures. 7th International Symposium on Ballistics. 541-547.

[27] Shokrieh MM, Mosalmani R, Omidi MJ (2015) A strain-rate dependent micromechanical constitutive model for glass/epoxy composites. Compos Struct 121: 37-45.