علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

آنالیز و پایش شروع خرابی در اتصالات آلومینیوم/کامپوزیت با استفاده از آکوستیک امیشن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مرتضی احمدی نجف‌آبادی 1
مجتبی صدیقی 2
منوچهر صالحی 2
حسین حسینی تودشکی 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران
2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران
3 استاد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر ، تهران
چکیده
   اتصال چسبی یک روش جایگزین برای روش‌های سنتی مانند جوش‌کاری و پرچ‌کاری می‌باشد که دارای حیطه کاربردی وسیعی در صنایع الکترونیکی، خودرو و هوایی می‌باشد. طراحی این نوع اتصالات با قابلیت اطمینان مطلوب، نیازمند حصول دانش کامل از مقاومت اتصال در مقابل خرابی می‌باشد. در این مطالعه، به پایش شروع خرابی در فصل مشترک لایه از پیش آغشته کامپوزیتی شیشه/اپوکسی و آلومینیوم 3T 2024 با استفاده از آکوستیک امیشن پرداخته شده و‌ در ادامه به آنالیز خرابی با استفاده از مدل‌سازی المان محدود با نرم‌افزار آباکوس پرداخته می‌شود. از مدل ناحیه چسبنده، برای مدل‌سازی رشد جدایش استفاده شده است. جهت تکرارپذیری بهتر نتایج نمونه‌های ساخته شده، از لایه از پیش آغشته کامپوزیتی استفاده شده و سطوح آلومینیوم جهت اتصال مطلوب آلومینیوم و کامپوزیت در حمام اسید کرومیک، آنودایز شده است. پایش لحظه شروع خرابی با استفاده از روش منحنی نیرو- جابجایی، روش پردازش سیگنال‌های آکوستیک امیشن و روش استفاده از تابع سنتری صورت گرفته است. با مشخص شدن لحظه شروع خرابی، نیرو بحرانی و به تبع آن چقرمگی شکست، محاسبه شده و مدل‌سازی بر اساس مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده، صورت پذیرفته است. مقایسه نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد، نمودار نیرو - جابجایی بدست آمده با استفاده از روش تابع سنتری، مطابقت بهتری با نتایج تجربی دارد. در این پژوهش نشان داده شده است که با استفاده از روش آکوستیک امیشن پایش شروع خرابی در اتصالات آلومینیوم/کامپوزیت به صورت آنلاین و دقت بالاتری، نسبت به روش‌های دیگر امکان پذیر می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
اتصال آلومینیوم کامپوزیت
آکوستیک امیشن
مدل ناحیه چسبنده

عنوان مقاله English

Analysis and detection of failure in aluminium/E-glass prepreg interface with acoustic emission

نویسندگان English

Morteza Ahmadi Najabadi 1
Mojtaba Sedighi 2
Manouchehr Salehi 2
Hossin Hossini Toudeshky 3
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

Adhesive bonding is an alternative to traditional joining systems like riveting and welding which has been used extensively in electronic, automotive, and aerospace industries. Design of such reliable bonding, requires knowledge achievement of bonding fracture resistant. In this study interface failure initiation of Al-2221 and glass/epoxy prepreg has been investigated by using acoustic emission (AE) technique. Furthermore, failure analysis simulation is done by commercial FEA software ABAQUS. Simulation was implemented by cohesive zone model (CZM) by using cohesive surface technic. Prepreg was used to reduce variation in specimen production and in order to improve adhesion between Al-2221 and composite layers. Pretreatment by a chromic acid anodizing agent was performed on the surface of aluminium. Failure initiation was identified by monitoring of force-displacement curve, online processed AE signals and using sentry function analyzing method. Critical load and fracture toughness was then calculated to be used as simulation input. Simulation result indicates that force-displacement curve obtained by sentry function method is in better agreement with the experimental result. According to present study AE online monitoring method can detect aluminium/ composite bonding failure more accurately than the other methods.

کلیدواژه‌ها English

Aluminium/composite bonding
Acoustic emission
cohesive zone model
[1]
 Kinloch, J., Adhesion and Adhesives: Science andTechnology, Chapman & Hall, London, 1987.
[2]
 Kinloch, A. J, Adhesives in Engineering, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 211(5), 1997, pp.307-335 .
[3]
 Mostovoy, S., Crosley, P. B., and Ripling, E. J, Use of Crack Line Loaded Specimens for Measuring Plane Strain Fracture Toughness, J. Mater., Vol. 2, 1967, pp. 661-668.
[4]
 Blackman, B., Kinloch, A. J., Paraschi, M., and Teo, W. S. ,Measuring the Mode I Adhesive Fracture Energy, GIC, of structural Adhesive Joints: The Results of an International Round-Robin, Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 23(4), 2003, pp. 293-305.
[5]
ASTM D5528-01, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, ASTM Standard, 2007, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007.
[6]
 Imanaka, M., Motohashi, S., Nishi, K., Nakamura, Y., and Kimoto, M., Crack-Growth Behaviour of Epoxy Adhesives Modified with Liquid Rubber and Cross-Linked Rubber Particles Under Mode I Loading, Int. J. Adhes. Adhes., Vol. 29(1), 2009, pp. 45-55.
[7]
 M. Alfano, F. Furgiuele, L. Pagnotta, and G. H. Paulino, Analysis of Fracture in Aluminum Joints Bonded with a Bi-Component Epoxy Adhesive, Journal of Testing and Evaluation, Vol. 39, No. 2.
[8]
Sundaravalli S, Vijayaraghavan G.K. and Majumder M.C., Estimation of required heat input for the evaluation of Disbonds in FMLs Using Thermography, International Conference on Modeling, Optimization and Computing (ICMOC 2010), National Institute of Te.
[9]
Amenabar, A. Mendikute, A. López-Arraiza, M. Lizaranzu, J. Aurrekoetxea, Comparison and analysis of non-destructive testing techniques suitable for delamination inspection in wind turbine blades, Composites Part B: Engineering, Vol. 42, No. 5, pp. 1.
[10]
Yu Y.H., Choi J.H., Kweon J.H., Kim D.H., A study on the failure detection of composite materials using an acoustic emission, Composite Structures, Vol.75, 2006, pp.163-169.
[11]
 F. Pashmforoush, M. Fotouhi, M. Ahmadi, Damage Characterization of Glass/Epoxy Composite Under Three-Point Bending Test Using Acoustic Emission Technique, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 21, No. 7, pp. 1380-1390.
[12]
A. R. Oskouei, A. Zucchelli, M. Ahmadi, G. Minak, An integrated approach based on acoustic emission and mechanical information to evaluate the delamination fracture toughness at mode I in composite laminate, Materials & Design, Vol. 32, No. 3, pp. 1444.
[13]
M. Saeedifar, M. Fotouhi, R. Mohammadi, M. Ahmadi Najafabadi, H. Hosseini Toudeshky, Investigation of delamination and interlaminar fracture toughness assessment of Glass/Epoxy composite by acoustic emission, Modares Mechanicla Engineering, Vol. 14, Issue 4, June 2014 (In Persian)
[14]
 ASTM D3433-93, Standard test method for fracture strength in cleavage of adhesives in bonded metal joints, American Society for Testing and Materials, Philadelphia,PA, 1993.
[15]
 A. A. Bakhtiary Davijani, M. Hajikhani, M. Ahmadi, Acoustic Emission based on sentry function to monitor the initiation of delamination in composite materials, Materials & Design, Vol. 32, No. 5, 2011, pp. 3059-3065.
[16]
Alfano, M., Furgiuele, F., Leonardi, A., Maletta, C., and Paulino, G. H., Analysis of Mode I Fracture in Adhesive Joints Using Tailored Cohesive Zone Models, Int. J. Fract., Vol. 157, 2009, pp. 193-204.
[17]
Yuan, H. and Xu, Y., “Computational Fracture Mechanics Assessment of Adhesive Joints,” Comput. Mater. Sci., Vol. 43(1), 2008, pp. 146-156.
[18]
Scheider, I. and Brocks, W,.Cohesive Elements for Thin Walled Structures, Comput. Mater. Sci., Vol. 37,2006 , pp. 101-109.