ارزیابی اثر پیرشدگی تحت رطوبت و دما بر جذب رطوبت و افت خواص مکانیکی اتصالات چسبی فلز کامپوزیت

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

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

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

چکیده

در بسیاری از صنایع نظیر صنایع دریایی برای تولید سازه‌های مطلوب نیاز به اتصال قطعات کامپوزیتی و غیر کامپوزیتی به یکدیگر وجود دارد. ازآنجایی‌که این اتصالات در شرایط محیطی مختلفی قرار می‌گیرند، بررسی خواص مکانیکی این اتصالات در شرایط رطوبت گرمایی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌منظور تخمین عملکرد طولانی‌مدت اتصالات چسبی فلز-کامپوزیت تک لبه تحت شرایط محیطی رطوبتی گرمایی، نمونه‌‌ها در بازه‌های زمانی 50، 75 و 90 روزه در آب با دمای ثابت 70 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند و میزان جذب رطوبت در اتصالات محاسبه شد. طبق مشاهدات صورت گرفته پس از طی یک دوره 30 روزه و به اشباع رسیدن جذب رطوبت، بیشترین میزان جذب رطوبت در اتصالات چسبی 1/97 درصد اندازه‌گیری شد. در ادامه اتصالات چسبی فلز-کامپوزیت به‌صورت استاتیکی تحت کشش تک‌محوره قرار گرفتند تا استحکام نهایی آن‌ها به دست آید. با مقایسه‌ بین استحکام نهایی اتصالات چسبی پیرنشده با نمونه‌های پیرشده این نتیجه حاصل شد که پس از قرار گرفتن نمونه‌ها در شرایط محیطی گرم و مرطوب، استحکام آن‌ها 71 درصد کاهش یافت؛ همچنین، با بررسی سطوح شکست مشخص شد که الگوی شکست از حالت چسبی به هم‌چسبی تغییر یافت.

چکیده تصویری

ارزیابی اثر پیرشدگی تحت رطوبت و دما بر جذب رطوبت و افت خواص مکانیکی اتصالات چسبی فلز کامپوزیت

تازه های تحقیق

  • در اتصالات چسبی فلز-کامپوزیت بار به‌صورت یکنواخت در نواحی هم‌پوشانی شده توزیع می‌گردد.
  • جذب رطوبت در اتصالات چسبی پس از مدتی به حالت اشباع می‌رسد.
  • با افزایش زمان پیرشدگی استحکام اتصالات چسبی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effects of Aging under Humidity and Temperature on the Moisture Absorption and Mechanical Degradation of Metal-Composite Adhesive Bonded Joints

نویسندگان [English]

  • Seyed Amir Aboulghasem Hosseini 1
  • Mohammad Latifi 2
1 Ph.D. Student, Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Corresponding author: Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In many industries, such as marine industries, there is a need to connect composite and non-composite parts to each other to produce desirable structures. Since these joints are exposed to different environmental conditions, it is of particular importance to investigate the mechanical properties of these joints under thermal humidity conditions. In order to estimate the long-term performance of single-edge metal-composite adhesive joints under thermal humidity environmental conditions, the samples were placed in water at a constant temperature of 70 ° C for periods of 50, 75 and 90 days, and the moisture absorption rate in the joints was calculated. According to the observations made, after a period of 30 days and reaching saturation of moisture absorption, the highest moisture absorption rate in the adhesive joints was measured to be 1.97%. Subsequently, the metal-composite adhesive joints were subjected to static uniaxial tension to obtain their final strength. By comparing the ultimate strength of unaged adhesive joints with aged samples, it was concluded that after the samples were exposed to hot and humid environmental conditions, their strength decreased by 71 percent; also, by examining the fracture surfaces, it was determined that the fracture pattern changed from adhesive to cohesive.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • Moisture absorption
  • Metal-composite adhesive joints
  • Hygrothermal aging


Smiley face

مراجع

[1] da Silva LFM, Öchsner A, Adams RD. Introduction to Adhesive Bonding Technology. In: da Silva LFM, Öchsner A, Adams RD, editors. Handbook of Adhesion Technology. Cham: Springer International Publishing; 2018. p. 1-7. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-55411-2_1.
[2] Hosseini R, Yeganeh Sarcheshmeh M, Saberi Moghaddam M, Zeynalbeyk M. Experimental investigation of tensile strength of metal-composite hybrid joints using new inserts in comeld process. Journal of Aerospace Mechanics. 2023;19(1):29-43. DOR: https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1402.19.1.3.8.
[3] Gates T. 1 - The physical and chemical ageing of polymeric composites. In: Martin R, editor. Ageing of Composites: Woodhead Publishing; 2008. p. 3-33. DOI: https://doi.org/10.1533/9781845694937.1.3.
[4] Mariam M, Afendi M, Abdul Majid MS, Ridzuan MJM, Azmi AI, Sultan MTH. Influence of hydrothermal ageing on the mechanical properties of an adhesively bonded joint with different adherends. Composites Part B: Engineering. 2019;165:572-85. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.02.032.
[5] da Costa JA, Akhavan-Safar A, Marques EAS, Carbas RJC, da Silva LFM. The influence of cyclic ageing on the fatigue performance of bonded joints. International Journal of Fatigue. 2022;161:106939. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2022.106939.
[6] Mu W-L, Xu Q-H, Na J-X, Wang H, Tan W, Li D-F. Influence of temperature and humidity on the fatigue behaviour of adhesively bonded CFRP/aluminium alloy joints. The Journal of Adhesion. 2022;98(10):1358-76. DOI: https://doi.org/10.1080/00218464.2021.1896362.
[7] Karimi S, Ahmadi M, Klenin AI, Hossein A, Zhu M. An experimental investigation on the influence of environmental ageing on strength and fatigue behavior of different single lap joints. Composite Structures. 2023;322:117423. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.117423.
[8] Jeong M-G, Kweon J-H, Choi J-H. Effect of various hygrothermal environments on the failure of adhesively bonded composite single-lap joints. Journal of Composite Materials. 2013;47(17):2061-73. DOI: https://doi.org/10.1177/0021998312453357.
[9] Khoramishad H, Abbasi Z. Numerical study of the effect of moisture–induced swelling stresses on damage behavior of adhesive joints under static loading. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(3):189-98. DOR: http://dorl.net/dor/20.1001.1.10275940.1394.15.3.2.2.
[10] Masaeli J, Davar A, Heydari Beni M, Eskandari Jam J. Experimental and numerical study of the effect of environmental conditions on the tensile strength of adhesive, riveted and hybrid joints of E-glass/epoxy composites. Journal of Science and Technology of Composites. 2023;10(3):2273-96. DOI: https://doi.org/10.22068/jstc.2023.2012589.1862.
[11] Hirulkar NS, Jaiswal PR, Reis PNB, Ferreira JAM. Effect of hygrothermal aging and cyclic thermal shocks on the mechanical performance of single-lap adhesive joints. International Journal of Adhesion and Adhesives. 2020;99:102584. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2020.102584.
[12] D5868-01 A. Standard Test Method for Lap Shear Adhesion for Fiber Reinforced Plastic (FRP) Bonding. DOI: https://doi.org/10.1520/D5868-01R14.
[13] D1002-10 A. Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal). DOI: https://doi.org/10.1520/D1002-10R19.
[14] D5229 A. Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite Materials. DOI: https://doi.org/10.1520/D5229_D5229M-20.
[15] Comyn J. Diffusion of Water in Adhesives. In: da Silva LFM, Sato C, editors. Design of Adhesive Joints Under Humid Conditions. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; 2013. p. 1-19. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37614-6_1.
[16] Zanni-Deffarges MP, Shanahan MER. Diffusion of water into an epoxy adhesive: comparison between bulk behaviour and adhesive joints. International Journal of Adhesion and Adhesives. 1995;15(3):137-42. DOI: https://doi.org/10.1016/0143-7496(95)91624-F.
[17] Katsivalis I, Feih S. Prediction of moisture diffusion and failure in glass/steel adhesive joints. Glass Structures & Engineering. 2022;7(3):381-97. DOI: https://doi.org/10.1007/s40940-022-00194-w.
[18] Viana G, Costa M, Banea MD, da Silva LFM. A review on the temperature and moisture degradation of adhesive joints. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2016;231(5):488-501. DOI: https://doi.org/10.1177/1464420716671503.
[19] Alirezvani H, Davar A, Heydari Beni M, Eskandari Jam J, Eskandari Shahraki M. A dynamic stability analysis of composite grid-stiffened cylindrical shells under harmonic loads using the donnelly theory. Journal of Aerospace Mechanics. 2022;17(4):55-79. DOR: https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1400.14.4.5.3.
[20] Mirzababaie Mostofi T, Sayah Badkhor M, Babaei H. The Behavior of quadrangular plates under impulsive loading: a dimensional analysis. Journal of Aerospace Mechanics. 2020;16(4):85-99. DOR:  https://dor.isc.ac/dor/dor:20.1001.1.26455323.1399.16.4.7.7.
مکانیک هوافضا
دوره 20، شماره 4 - شماره پیاپی 78
شماره پیاپی 78، فصلنامه زمستان
اسفند 1403
صفحه 1-11

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 مهر 1403
  • تاریخ بازنگری: 28 آبان 1403
  • تاریخ پذیرش: 11 آذر 1403
  • تاریخ انتشار: 01 اسفند 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار