تخمين بار شكست در اتصال نانو چسبي تك لبه‌اي تحت بارگذاري استاتيك به روشي مبتني بر مفاهيم فاصله بحراني

دكتري

چكيده: در تحقيق حاضر با هدف پيش‌بيني بار شكست استاتيكي اتصالات چسبي تك لبه‌اي حاوي نانولوله‌هاي كربني، روشي مبتني بر مفاهيم تئوري فاصله بحراني گسترش يافت. در اين پژوهش علاوه بر نانولوله‌هاي كربني، چسب‌هاي حاوي ميكروذرات كرك و همچنين مجموعه‌اي از چسب‌هاي ترد، نرم و معمولي نيز مورد توجه قرار گرفتند. در روش پيشنهادي از كرنش طولي در لايه مياني چسب كه براي اولين بار به‌عنوان معيار شكست معرفي مي‌شود استفاده شده است. بر اساس معيار پيشنهادي، شكست در يك اتصال چسبي تك لبه‌اي زماني رخ مي‌دهد كه كرنش طولي در لايه مياني چسب در فاصله‌اي مشخص از لبه اتصال به مقدار بحراني معيني برسد. بر اين اساس، فاصله و مقدار كرنش به ترتيب تحت عنوان فاصله بحراني و كرنش طولي بحراني در قالب ثوابت معيار معرفي گرديد كه مقدار آنها از طريق آزمايش حاصل مي‌شوند. با انجام مجموعه آزمايش‌هاي جامع بر روي تنوعي از اتصالات چسبي و نانوچسبي و استفاده از نتايج متعدد حاصل از پژوهش ديگر محققان، اثر پارامترهاي هندسي و مادي بر ثوابت مدل و تخمين‌هاي ارائه شده از سوي معيار پيشنهادي مورد بررسي قرار گرفت. در اين بخش بيش از 200 حالت مختلف از اتصالات تك لبه‌اي مورد بررسي قرار گرفتند كه از اين بين بيش از هفتاد تركيب مختلف از اتصالات تك لبه اي با تنوعي از چسب، چسبنده و هندسه، طراحي، ساخته و آزمايش شدند و بقيه موارد مربوط به اطلاعات آزمايشگاهي بود كه در مقالات توسط ديگر محققان منتشر شده بود. بر اساس نتايج بدست آمده مشخص گرديد كه طول نرمال شده بحراني با تغيير در ابعاد هندسي اتصال ثابت باقي مي‌ماند. كرنش طولي بحراني نيز تنها متأثر از ضخامت چسبنده دچار تغيير مي‌شود كه اين تغييرات ارتباط معكوسي با ضخامت چسبنده دارد. با اعمال روش پيشنهادي بر اتصالات با ضخامت متغير چسب نيز مشخص شد كه برخلاف بسياري از روش‌هاي ارائه شده كه قادر به بررسي اثر ضخامت چسب در استحكام اتصال چسبي تك لبه‌اي نيستند، روش پيشنهادي به خوبي قادر به در نظر گرفتن اثرات منفي افزايش ضخامت چسب بر استحكام اتصال است. روش پيشنهادي بر اتصالات داراي چسب‌هاي حاوي نانولوله‌هاي كربني و ميكروذرات كرك نيز اعمال گرديد. در اين بخش، چسب هاي حاوي درصدهاي مختلف وزني نانولوله هاي كربني (%1/0، %4/0 و %8/0) مورد توجه قرار گرفتند. به منظور توزيع نانوذرات از روش پراب اولتراسونيك استفاده شد. انرژي بهينه براي دستيابي به توزيع يكنواخت نانولوله هاي نيز بر اساس روش بيشينه گرانروي محاسبه گرديد. با انجام آزمايش بر روي اتصالات حاوي نانولوله هاي كربني مشاهده شد كه افزودن %1/0 وزني نانولوله كربني به چسب مورد مطالعه، استحكام اتصال مذكور تا 33 % افزايش مي يابد. با بررسي ثوابت معيار پيشنهادي در اتصالات حاوي چسب‌هاي معمولي (چسب‌هايي كه حداكثر كرنش شكست آن‌ها كمتر از 10% و مدول الاستيسيته آن‌ها كمتر از GPa4 باشد) نيز رابطه‌اي بين كرنش طولي بحراني و خواص اتصال پيشنهاد شد كه بر اساس آن تعداد ثوابت آزمايشگاهي مورد نياز در مدل پيشنهادي به يك ثابت كاهش يافت. مهمترين مزاياي روش پيشنهادي عبارتند از : ارائه پيش‌بيني‌هاي مناسب از بار شكست در مقايسه با نتايج آزمايشگاهي، نياز به انجام تنها يك تحليل ساده الاستيك خطي دوبعدي، عدم حساسيت به ابعاد مش در تحليل المان محدود، قابليت اعمال بر اتصالات با تنوعي از چسب‌هاي ترد، معمولي و نرم و چسب‌هاي حاوي نانولوله‌هاي كربني يا ميكروذرات، استفاده از ثوابت يكسان معيار براي اتصالات با ابعاد هندسي متفاوت و ارائه مدلي براي تخمين مقدار بحراني كرنش طولي براي اتصالات حاوي چسب معمولي كه البته درصد بالايي از چسب هاي موجود را تشكيل مي دهند. واژه‌هاي كليدي: اتصالات چسبي تك لبه اي، فاصله بحراني، كرنش طولي، پيش‌بيني بار شكست، نانولوله كربني.

189473

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر لوكاس فيليپ مارتين داسيلوا

طراحي كاربردي - جامدات

دكتر مجيدرضا آيت اللهي