بررسی تجربی افزایش استحکام استاتیکی اتصال ترکیبی فلز-کامپوزیت با به‌کارگیری پین‌های واسط جدید در روش کاملد

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

1 نویسنده مسئول: استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 کارشناس ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

4 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران

چکیده

استفاده از روش‌های متداول چسبی در اتصال فلز به کامپوزیت، منجر به ایجاد اتصالات ضعیف می‌گردد که با کمترین بار دچار جدایش می‌شود. هدف از پژوهش حاضر بررسی میزان افزایش استحکام کششی اتصال فلز آلومینیوم به کامپوزیت با الیاف شیشه و رزین اپوکسی به روش ترکیبی جدید (کاملد) که مزایای هر دو روش چسبی و مکانیکی (پینی) را شامل می‌شود، می‌باشد. در این روش از پین‌هایی که در سازه جا زده شده‌اند، به عنوان واسط و به منظور انتقال بار استفاده شده و هدف بررسی میزان تغییرات استحکام با انواع پین‌های واسط مختلف می‌باشد. لذا پین‌ها در زمان لایه‌چینی الیاف کامپوزیت، از میان آن‌ها عبور داده شده و سپس فرایند پخت تکمیل گشته است. از این رو بخشی از سازه فلزی در میان تار و پود کامپوزیت رسوخ کرده و انتظار می‌رود استحکام افزایش یابد. چهار مدل اتصال بدون پین (چسبی خالص)، پین با قطر 2/1 میلی‌متر، پین با قطر 6/1 میلی‌متر و پین کلگی‌دار با قطر 2/1 میلی‌متر مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج استحکام اتصال‌ها با یکدیگر مقایسه شده‌اند. نتایج تست کشش نشان داده است که این نوع اتصال، افزایش استحکام قابل توجهی نسبت به نمونه بدون پین داشته و در سه نوع اتصال با ویژگی‌های مختلف بیان شده، به ترتیب 335%، 609% و 421% افزایش استحکام مشاهده شده است. همچنین شکست در نمونه‌های پین‌دار به صورت تدریجی و در نمونه بدون پین به طور ناگهانی اتفاق افتاده است.

تازه های تحقیق

  • بررسی میزان افزایش استحکام کششی اتصال فلز-کامپوزیت به روش ترکیبی جدید (کاملد)
  • افزایش استحکام قابل توجهی نسبت به نمونه بدون پین
  • شکست تدریجی در نمونه پین‌دار و شکست ناگهانی در نمونه بدون پین

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Tensile Strength of Metal-Composite Hybrid Joints Using New Inserts in Comeld Process

نویسندگان [English]

  • Rouhollah Hosseini 1
  • Masoud Yeganeh Sarcheshmeh 2
  • Mohammad Saberi Moghaddam 3
  • Mohammad Javad Zeynalbeyk 4
1 Corresponding author: Assistant Professor, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 M.Sc., Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 M.Sc., Faculty of Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
4 Ph.D. Student, Faculty of Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

The use of common adhesive methods in metal-composite bonding leads to weak joints that are separated with the least load. The purpose of this research is to investigate the increase in the tensile strength of aluminum metal to glass fibers reinforced with epoxy resin using a new combined method that includes the advantages of both adhesive and mechanical (pinning) methods. In this method, the pins embedded in the structure are used as an interface for load transfer, and the aim is to investigate the amount of strength changes with different types of interface pins. Therefore, the pins are passed through them during the layering of composite fibers and then the curing process is completed. Therefore, a part of the metal structure has penetrated between the warp and weft of the composite and it is expected that the strength will increase. Four connection models without pin (pure adhesive), pin with a diameter of 1.2 mm, pin with a diameter of 1.6 mm and pin with a claw with a diameter of 1.2 mm have been evaluated and the results of the strength of the connections have been compared. Tensile test results have shown that this type of connection has a significant increase in strength compared to the sample without pins, and in three types of connections with different characteristics, 335%, 609%, and 421% increase in strength has been observed, respectively. Also, failure occurred gradually in samples with pins and suddenly in samples without pins.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Comeld
  • Composite
  • Hybrid joint
  • Metal-Composite joint
  • Tensile strength

Smiley face

مراجع

[1] Man LI. Mechanics of Composite Structures. 2017.##
[2] Yi X-S, Du S, Zhang L. Composite Materials Engineering, Volume 2. 2018.##
[3] Seif MM, Vahedi K, Ghiasi E, Hosseini R. Experimental, numerical and analytical investigation of the new metal/composite Comeld Joint. Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering. 2016;9(3):569-86.##
[4] Tu W, Wen P, Hogg P, Guild F. Optimisation of the protrusion geometry in Comeld™ joints. Composites Science and Technology. 2011;71(6):868-76.##
[5] Mouritz A. Compression properties of z-pinned composite laminates. Composites Science and Technology. 2007;67(15-16):3110-20.##
[6] Mouritz A. Review of z-pinned composite laminates. Composites Part A: applied science and manufacturing. 2007;38(12):2383-97.##
[7] Alston MS, Brown JP, Childress JJ. Composite patches having Z-pin reinforcement. Google Patents; 1999.##
[8] Hart-Smith LJ. Bolted joint analyses for composite structures—Current empirical methods and future scientific prospects.  Joining and Repair of Composite Structures: ASTM International; 2004.##
[9] Smith F. Comeld™: an innovation in composite to metal joining. Materials Technology. 2005;20(2):91-6.##
[10] Xiong W, Blackman B, Dear JP, Wang X. The effect of composite orientation on the mechanical properties of hybrid joints strengthened by surfi-sculpt. Composite Structures. 2015;134:587-92.##
[11] Xiong W, Wang X, Dear JP, Blackman BR. The effect of protrusion density on composite-metal joints with surfi-sculpt reinforcement. Composite Structures. 2017;180:457-66.##
[12] Ucsnik S, Scheerer M, Zaremba S, Pahr D. Experimental investigation of a novel hybrid metal–composite joining technology. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2010;41(3):369-74.##
[13] Parkes P, Butler R, Meyer J, De Oliveira A. Static strength of metal-composite joints with penetrative reinforcement. Composite Structures. 2014;118:250-6.##
[14] Hoffmann J, Scharr G. Compression properties of composite laminates reinforced with rectangular z-pins. Composites Science and Technology. 2018;167:463-9.##
[15] Wang S, Zhang Y, Sun P, Cui Y, Wu G. Microstructure and flexural properties of Z-pinned carbon fiber-reinforced aluminum matrix composites. Materials. 2019;12(1):174.##
[16] Σαραντινός Ν. Micro-pins: the next step in composite to composite & metal to composite joining. 2020.##
[17] Amiri M, Farahani M. Adhesive composite joint reinforcement using button shape interlocking features. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020;102:102651.##
[18] Graziosi S, Cannazza F, Vedani M, Ratti A, Tamburrino F, Bordegoni M. Design and testing of an innovative 3D-printed metal-composite junction. Additive Manufacturing. 2020;36:101311.##
[19] Ramaswamy K, O'Higgins RM, Corbett MC, McCarthy MA, McCarthy CT. Quasi-static and dynamic performance of novel interlocked hybrid metal-composite joints. Composite Structures. 2020;253:112769.##
[20] Lotte J, Reisgen U, Schiebahn A, editors. Resistance Welding of FRP to Steel Components in High-Volume-Production. Technologies for Economic and Functional Lightweight Design: Conference Proceedings 2020; 2021: Springer Nature.##
[21] Zhang H, Wen W, Cui H. Study on the strength prediction model of Comeld composites joints. Composites Part B: Engineering. 2012;43(8):3310-7.##
[22] D-01 A. Standard test method for lap shear adhesion for fiber reinforced plastic (FRP) bonding. 2012.##
[23] Dutton S, Kelly D, Baker A. Composite materials for aircraft structures: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2004.##
[24] Baker AA. Composite materials for aircraft structures: AIAA; 2004.##
مکانیک هوافضا
دوره 19، شماره 1 - شماره پیاپی 71
شماره پیاپی 71، فصلنامه بهار
خرداد 1402
صفحه 29-43

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 مرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 22 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 05 آبان 1401
  • تاریخ انتشار: 20 فروردین 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار