نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

10.22068/jstc.2019.92109.1473

چکیده

با توجه به ترکیبات فیزیکی و خواص مکانیکی متفاوت فلزات و کامپوزیت‌ها، اتصال کارآمد آن‌ها یکی از چالش‌های مهم در صنایع مختلف به‌شمار می‌رود. شکست در اتصالات چسبی معمولاً نتیجه‌ی توزیع غیریکنواخت تنش و کرنش است که با مقادیر بیشینه نزدیک دو انتهای هم‌پوشانی مشاهده می‌شود. در این مطالعه از الیاف کربن به‌عنوان المان تقویتی در لایه چسب استفاده شده و جهت بهبود توزیع تنش از درجه‌بندی خواص در طول هم‌پوشانی به‌صورت متقارن و به‌وسیله الیاف کربن و شیشه استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از یک روش جدید، تاثیر وجود پله معکوس در استحکام اتصال بررسی شده است. علاوه بر این، مدل‌سازی المان محدود برای بیان نحوه توزیع تنش برشی و پوسته‌کنی در لایه چسب و همچنین تحلیل دلایل افزایش استحکام اتصال در نمونه‌های پله‌دار به‌کار گرفته می‌شود. استفاده از کربن در سطح مشترک اتصال، درجه‌بندی ناحیه پیوند با استفاده از کربن و همچنین ایجاد درگیری مکانیکی به‌وسیله‌ی پله معکوس، تاثیرات مثبتی بر استحکام اتصال دارند. به‌طوریکه با درجه‌بندی ناحیه هم‌پوشانی به‌وسیله کربن و شیشه، توزیع تنش برشی و پوسته‌کنی یکنواخت‌تر شده و بار و جابجایی شکست نسبت به نمونه مرجع که دارای استحکام برشی 1.92 کیلونیوتن است، 34% افزایش یافته است. ایجاد پله معکوس در چسبنده‌ها موجب تغییر مود شکست می‌شود. به‌طوریکه وجود یک پله، 40% و قرارگیری کربن در فصل مشترک آن، 112% استحکام را افزایش داده است. اما بیشترین افزایش استحکام و جابجایی شکست با استفاده از دو پله معکوس و همچنین الیاف کربن در فصل مشترک دو چسبنده، به میزان قابل توجه 172% به‌دست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Strength improvement of composite-steel lap joint by grading the joint area with carbon and glass fiber and also mechanical interference by reverse step

نویسندگان [English]

  • Alireza Dadian 1
  • Saeed Rahnama 1
  • Abbas Zolfaghari 2

1 Mechanical Department, Engineering FacultyT Birjand University, Birjand, Iran

2 Mechanical Department, Engineering Faculty, Noshirvani University of technology, Babol, Iran

چکیده [English]

Effectively joining metals and composites in an efficient manner is challenging due to their dissimilar physical compositions and mechanical properties. Failure of bonded joints is generally strongly influenced by the non-uniform distribution of stresses and strains that usually with the maximum value, commonly located near the ends of the overlaps. In this study, carbon is used as a reinforcing element in the adhesive layer and to improve the distribution of stress, properties are graded by fibers along the overlap. Also, using a new method, the effect of the reverse step on joint strength has been investigated. In addition, finite element modeling is used to express the distribution of shear and peel stresses in the adhesive layer and also to analyze the reasons for increasing joint strength in stepped specimens. Use of carbon at the joint surface, grading of the joint area and mechanical interference through reverse steps, have positive effects on strength. By grading the overlap by carbon and glass, the distribution of shear and peel stress have become more uniform and load and displacement of failure compared to the base specimen, which has a shear strength of 1.92 kN, increased by 34%. Creating the reverse step changes the failure mode. The presence of one step 40%, and the placement of carbon at the joint interface of that, has increased 112% of strength. But the greatest increase in strength and displacement failure is achieved using two reverse steps and carbon in the joint surface, by a significant amount of 172%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Functionally graded joint
  • Co-cured method
  • Lap joint
  • Mechanical interference
  • Reverse step