بررسی اثر آماده‌سازی سطحی و روش پخت بر ظرفیت تحمل بار و عمر خستگی اتصالات لبه‌ای چسبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مکانیک- دانشکده مهندسی- دانشگاه فردوسی مشهد- مشهد- ایران

2 استادیار، گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

اتصالات چسبی با امکان اتصال مواد غیر هم‌جنس، در صنایع خودروسازی، هوایی و توربین بادی کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند. شناسایی عوامل مؤثر بر بهبود ظرفیت تحمل بار و عمر این اتصالات، کیفیت چسبندگی سطوح و انتخاب روش مناسب، حائز اهمیت است. در این مقاله، اثر دو عامل آماده‌سازی سطحی و سه روش پخت بر بارگذاری شبه‌استاتیک و عمر خستگی اتصالات لبه‌ای چسبی فلزی، فلزی-کامپوزیتی و کامپوزیتی تحت بارگذاری خمش چهار نقطه‌ای بررسی شده است. در آماده‌سازی سطحی، روش-های مکانیکی سنباده‌زنی و شیمیایی زبری‌سازی با محلول اسید سولفوریک-دی‌کرومات سدیم انتخاب شده‌اند، و روش‌های پخت بدون پسا-پخت، پسا-پخت با سرد کردن تدریجی، و پسا-پخت با سرد کردن سریع بررسی شدند. نتایج نشان دادند که در شرایط آماده‌سازی یکسان، نیروی بیشینه شبه‌استاتیک در اتصال فلز-کامپوزیتی و کمینه آن در اتصال فلزی است. در روش آماده‌سازی مکانیکی، میزان نیروی ‌شبه‌استاتیک و عمر خستگی نسبت به روش شیمیایی افزایش یافته و هم‌چنین در مورد اثر آماده‌سازی سطح در شرایط پخت مختلف بحث شده است. به‌علاوه، نیروی بیشینه شبه‌استاتیک در اتصال فلز-کامپوزیتی وابستگی کم‌تری به سرد کردن پس از پسا-پخت نسبت به اتصال فلزی داشته و در اتصال کامپوزیتی کاملاً به روش پخت وابسته است. سرد کردن تدریجی پس از پسا-پخت عمر خستگی اتصالات فلز-کامپوزیتی را بهبود می‌بخشد و نیروی بیشینه شبه‌استاتیک و عمر خستگی در اتصال فلز-کامپوزیتی نسبت به سایر اتصالات بیشتر هستند. با بررسی سطوح واماندگی مشاهده شد که با اعمال پسا-پخت برای اتصال فلز-کامپوزیتی، وضعیت واماندگی به نوع واماندگی در چسب تبدیل شده و این بهبود می‌تواند در ترمیم اتصال مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effects of surface preparation and curing procedures on load carrying capacity and fatigue life of adhesively bonded lap joints

نویسندگان [English]

  • Pedram Zamani 1
  • Abdolrahman Jaamialahmadi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad.
چکیده [English]

Bonded joints are widely used in industries such as automotive, wind turbine blade, and aircraft because of their ability to adhere dissimilar materials. It is significant to study manufacturing factors such as surface preparation and curing procedures in order to improve load carrying capacity and durability of the joint. In this paper, the influences of these procedures are investigated on the strength of metal-to-metal, metal-to-composite, and composite-to-composite bonded lap joints subjected to quasi-static and fatigue four-point bending tests. Sandpapering and acid-etching are selected as mechanical and chemical surface preparation methods, and three curing procedures of no post-cure, post-curing with gradual, and sudden cooling are applied. Results showed that, for similar conditions, metal-to-composite and metallic joints achieved the highest and lowest values of maximum quasi-static loads, respectively. Besides, for all joints types, mechanical surface preparation method achieved higher maximum quasi-static load and fatigue life in compare to chemical one. Maximum quasi-static load in the metal-to-composite joint showed less dependency to gradual cooling than with metallic one, and in the composite joint depends strongly to curing procedure. It is also revealed that fatigue life of the metal-to-composite joints improved for gradual cooling after post-curing. Finally, it is concluded that the metal-to-composite joints have superior quasi-static and fatigue behavior in compare with others, and the mechanical surface treatment and second curing procedure are suitable. Microscopic observations of failure surfaces showed that the metal-to-composite joints led to the cohesive failure mode which is appropriate for future repairing purposes of a bonded joint

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Adhesive lap joint"
  • "Four-point bending test"
  • "Surface preparation"
  • "Curing procedure"
  • "Fatigue life"