عنوان

مطالعه‌ی رفتار شکست اتصالات چسب‌کاری تقویت شده با نانو ذرات در شرایط بارگذاری مد ترکیبی اول و دوم به‌وسیله‌ی مدل ناحیه‌ی هم‌چسب

Number

پ۲۸۲۱۸

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مطالعه‌ی رفتار شکست اتصالات چسب‌کاری تقویت شده با نانو ذرات در شرایط بارگذاری مد ترکیبی اول و دوم به‌وسیله‌ی مدل ناحیه‌ی هم‌چسب

First Statement of Responsibility

محمدرضا اعلمی

Name of Publisher, Distributor, etc.

مهندسي مکانیک

Date of Publication, Distribution, etc.

۱۴۰۱

Specific Material Designation and Extent of Item

۹۲ص.

Accompanying Material

سی دی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسي مکانیک گرايش طراحی کاربردی

Date of degree

۱۴۰۱/۰۶/۲۹

Text of Note

استفاده از روش چسبکاری در صنایع مختلفی نظیر هوا-فضا و خودروسازی بهعنوان یکی از روشهای اتصال قطعات به همدیگر به‌دلیل مزایای این روش نسبت به سایر روشها و همچنین پیشرفت چشمگیر تکنولوژی مواد و چسبها، روز به روز رو به گسترش میباشد. اتصالات چسبکاری شده بسته به نوع و محل بهکارگیری در سازه ممکن است تحت شرایط مختلف بارگذاری از جمله بارگذاری در جهت عمود بر سطح مشترک و یا به موازات سطح مشترک اتصال قرار داشته باشند. در این نوع اتصالات، بهوجود آمدن عیوب میکروسکوپی در سطح چسبکاری مانند سطوح نچسبیده و حبابهای بسیار کوچک، طی فرآیند ساخت امری اجتناب ناپذیر میباشد. این عیوب میکروسکوپی ممکن است تحت بارگذاری، به هم پیوسته و تشکیل یک عیب ماکروسکوپیک یعنی ترک بدهند. لذا ترک بهوجود آمده در سازه، ممکن است تحت حالتهای مختلف بارگذاری مد اول و یا دوم شکست و یا ترکیبی از دو قرار داشته باشد. بنابراین، بررسی اثر عوامل مختلف مؤثر بر مقاومت این نوع اتصالات در برابر رشد و گسترش ترک استاتیکی تحت بارگذاری مد ترکیبی از اهمیت بالایی برخوردار است.یکی از روشهای مهم و پرکاربرد در تحلیل اتصالات چسبکاری شده مدل ناحیهی همچسب میباشد که رفته رفته توجه محققین زیادی را به خود جلب کرده است. اساسیترین موضوع در استفاده از مدل ناحیهی همچسب ، تعیین و یا انتخاب قانون کشش-جدایش مناسب برای اتصال مورد نظر میباشد که معمولاً بهصورت نمودار کشش اعمال شده بر اتصال بر حسب جابجایی بین سطوح چسبکاری شده از هم بیان میشود. پارامترهای مختلفی از جمله جنس و صافی سطح سطوح چسبکاری شده، ضخامت زیرلایهها و ضخامت چسبکاری، افزودن ذرات نانو به چسب و ... میتواند شکل و مشخصات این قانون را بهطور مستقیم تحت تأثیر قرار دهد. بنابراین مطالعه‌ی این موارد در اتصالات چسبکاری شده حائز اهمیت فراوان میباشد.اثر افزودن نانو ذرات مختلف به چسب در مدهای خالص شکست یا اتصال تک‌لبه‌ی برشی قبلاً توسط محققین مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است ولی بررسی جامعی در مورد اثر رفتار چسب دارای افزودنی‌های نانو تحت بارگذاری مد ترکیبی اول و دوم صورت نگرفته است. در این رساله سعی خواهد شد اثر افزودن نانو لوله‌های هالوسایت (HNT) با ساختار معدنی و نانو لوله‌های کربن (CNT) چند جداره با ساختار آلی به چسب اپوکسی دو جزئی با انجام آزمایش‌های بارگذاری مد ترکیبی اتصالات چسبکاری شده بررسی شوند. بهمنظور انجام آزمایشهای مد ترکیبی شکست از فیکسچر جدیدی استفاده خواهد شد که قابلیت اعمال گسترهی وسیعی از نسبت مدها را بر نمونههایی به شکل نمونه DCB را دارد. با توجه به کاربردهای فراوان آلیاژهای آلومینیوم در صنعت هوا-فضا، از آن برای ساخت نمونهها استفاده خواهد شد. از طرفی نتایج این پژوهش میتواند به انواع اتصالات چسبکاری شده از جمله اتصالات فلز-مواد مرکب نیز تعمیم داده شوند.نتایج به‌دست آمده نشان‌دهنده‌ی اثر مثبت افزودن نانو ذرات به چسب بر مقاومت شکست نمونه‌ها در مد اول شکست می‌باشد و این اثر به‌خصوص در مورد ذرات CNT بسیار چشم‌گیرتر می‌باشد. در مورد مد دوم شکست نه تنها اثر مثبتی از افزودن ذرات نانو به چسب بر افزایش مقاومت اتصال مشاهده نگردید بلکه مشاهده گردید که افزودن نانو ذرات در درصدهای وزنی پایین می‌تواند اثر منفی نیز بر مقاومت اتصال داشته باشد. در مورد آزمایش‌های مد ترکیبی نیز همین نتایج گرفته شد و در بارگذاری‌های با مد اول غالب، افزودن نانو ذرات اثر مثبت و در بارگذاری‌ها با مد دوم غالب اثر منفی بر مقاومت اتصال دارد.

Text of Note

Due to its advantages over alternative methods as well as the rapid advancements in materials and adhesive technology, the bonding method is increasingly being used in industries such aerospace and automotive. Bonded joints may experience various loading circumstances, such as loading parallel to the joint surface or perpendicular to the joint surface, depending on their kind and location of use in the structure. During the production process of this type of joint, microscopic bonding surface flaws, such as non-bonded surfaces and tiny bubbles, are unavoidable. These small flaws could combine during loading to create a macroscopic flaw, such as a crack. As a result, the structure's crack may have developed as a result of various loading modes associated with either the first or second modes of failure, or even a combination of the two. Therefore, it is crucial to look into how different elements affect this type of joints' ability to resist static crack growth and propagation under mixed mode loading.The cohesive zone model, which has progressively drawn the attention of many researchers, is one of the most significant and extensively used techniques in the analysis of bonded joints. Picking the right traction-separation law for the joint, which is typically described as a diagram of the traction applied to the interface in terms of the displacement between the bonded surfaces, is the most fundamental challenge when employing the cohesive zone concept. The shape and parameters of this rule can be directly influenced by a number of factors, including the material and preparation of the bonded surfaces, the substrate and adhesive layer thickness, the addition of nanoparticles to the adhesive, etc. As a result, it is important to investigate these occurrences in bonded joints.Numerous studies have already investigated the effects of adding various nanoparticles to the adhesive in pure fracture modes, but a thorough analysis of the behavior of the adhesive with nano additives under mixed mode I/II loading has not been conducted. In this study, mixed mode loading tests of bonded joints will be performed to examine the effects of introducing halloysite nanotubes (HNT) with a mineral structure and multi-walled carbon nanotubes (CNT) with an organic structure to two-component epoxy adhesive.In order to conduct mixed mode fracture tests, a new fixture will be used, which has the ability to apply a wide range of mode ratios on specimens in the form of the double cantilever beam (DCB). Due to the many uses of aluminum 2024-T3 alloy in the aerospace industry, it will be used to make specimens. On the other hand, the results of this research can be extended to all types of bonded joints, including metal-composite joints.The obtained results demonstrate the beneficial impact of adding nanoparticles to the adhesive on the specimens' ability to resist fracture under pure mode I loading conditions. The impact of CNT particles seems to be much greater. In the case of the pure mode II, it was shown that adding nanoparticles to the adhesive had no good effects and that using them at low weight percentages could even have a negative impact on the binding strength. The mixed mode tests yielded the same results; the inclusion of nanoparticles affects the bond strength positively under mode I dominant conditions and negatively under mode II dominant ones.

Variant Title

Investigating the fracture behavior of nanoparticles reinforced adhesively bonded joints under mixed mode I/II loading conditions using the cohesive zone model

Entry Element

‏ اعلمی،

Part of Name Other than Entry Element

‏‏محمدرضا

Relator Code

تهیه کننده

Entry Element

‏نوید چاخرلو،

Entry Element

‏کیانی،

Part of Name Other than Entry Element

‏‏تاج‌بخش

Part of Name Other than Entry Element

‏غلا‌مرضا

Dates

استاد راهنما

Dates

استاد مشاور

Entry Element

‏تبریز