ارزیابی کارآیی اتصال چسبی با هندسة قوسی در کلاهک یک مخزن کامپوزیتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / آزمایشگاه تحقیقاتی سازه های پیشرفته، دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 کارشناس ارشد / دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

از جمله عوامل واماندگی اتصالات چسبی، تکینگی تنش است که اغلب در لبة آزاد انتهای اتصال رخ می­دهد. برای کاهش تمرکز تنش در این مکان می­توان از تغییر مدل هندسی انتهای اتصال استفاده کرد. در این پژوهش طرح جدیدی با عنوان مدل چسب قوسی برای اتصال چسبی کلاهک یک مخزن کامپوزیتی چرخان پیشنهاد شده و رفتار آن با دو مدل هندسی متداول شامل مدل پایه و مدل هندسی با انتهای مقعر مقایسه می­شود. با توجه به اهمیت مولفه­های تنش‌ برشی عرضی و تنش نرمال پوستگیدر بررسی استحکام اتصال، تنش‌های موجود در انتهای آزاد اتصال برای هر سه مدل فوق با انجام تحلیل­های عددی ارزیابی می­شوند.‌ همچنین تأثیر فرکانس چرخش مخزن بر تغییر این مؤلفه‌های تنش بررسی می­گردد. نتایج نشان می­دهد که مدل چسب قوسی می­تواند سبب کاهش قابل ­توجه تنش برشی عرضی و تنش پوستگی در اتصال چسبی کلاهک مورد نظر ­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of arc model adhesive joint strength in the cap of a composite tank

نویسندگان [English]

  • Mahnaz Zakeri 1
  • Vahid Dindarlou 2
چکیده [English]

One of the causes of failure of adhesive joints is the stress singularity that often occurs at the free edge of the bond end. Geometric model change at the joint end can be used to reduce the stress concentration at this location. In this study, a new design called "arc adhesive model" is suggested for adhesively bonded joint of the cap of a rotational composite tank; and is compared with two conventional geometrical models including baseline model, and concave end model. Regarding to importance of transverse shear stress and normal peeling stress in examination of bonding strength, the stresses at the free end of bond are investigated using numerical analysis for all three models. Also, effect of tank rotation frequency on the stress components is investigated. Results show that the arc adhesive model can cause a significant decrease in transverse shear stress and peeling stress in adhesive joint of the cap.

کلیدواژه‌ها [English]

  • composite tank
  • adhesively bonded joint
  • arc adhesive model
  • transverse shear stress
  • peeling stress

[1] D. R. Speth , Y. Yang, G. W. Ritter, Qualification of adhesives for marine composite-to-steel applications, International Journal of Adhesion & Adhesives, Vol. 30 No. 2, pp.55-62, 2010

[2] R. D. Adams, J. Comyn, W. C. Wake, Structural adhesive joint in engineering, 1st Edittion, Chapman & Hall, London, 1997.

[3] O. Volkersen, Die nietkraftverteilung in zugbeanspruchten nietverbindungen mit konstanten lashenquers chnitten, Luflfahrt-Forschung, Vol. 15, pp.41-47, 1938.

[4] M. Goland, E. Reissner, The stresses in cemented       joints, Journal of Applied Mechanics, Vol. 15, pp.17-27, 1944.

[5] L. J. Hart-Smith, Adhesive bonded double lap joints, Technical report NASA CR 112237, Douglas Aircraft Company, McDonnell Douglas Corporation, USA, 1973.

[6] L. J. Hart-Smith, Adhesive bonded scarf and stepped lap joints, Technical report NASA CR 112235, Douglas Aircraft Company, McDonnell Douglas Corporation, USA, 1973.

[7] L. J. Hart-Smith, Adhesive bonded single lap joints, Technical report NASA CR 112236,  Douglas Aircraft Company, McDonnell Douglas Corporation, USA, 1973.

[8] R. D. Adams, J. Coppendale, N. A. Peppiatt, Failure analysis of aluminum-aluminum bonded joints, Journal of Adhesion, Vol. 2, pp. 105-119, 1978.

[9] I. A. Harris, R. D. Adams, Strength prediction of bonded single lap joints by non-linear finite element methods, International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 4, pp.65-78, 1984.

[10] T. Guess, E. Reedy, A. Slavin, Testing composite – to – metal tubular lap joints, J. Composites Technology and Research, Vol.17, No. 2, pp. 117–24, 1995.

[11] J. L. Lubkin, E. Reissner, Stress distribution and design data for adhesive lap joints between circular tubes, Journal of Applied Mechanics, Vol. 78, pp.1213–1221, 1958.

[12] R. D. Adams, N. A. Peppiatt, Stress analysis of adhesive bonded tubular lap joints, Journal of Adhesion, Vol. 9, pp.1–18, 1977.

[13] F. Mortensen, and O. T. Thomsen, Analysis of adhesive bonded joints: a unified approach, Composite  Science and Technology, Vol. 62, pp. 1011–1031, 2002.

[14] R. A. Esmaeel, F. Taheri, Stress analysis of tubular adhesive joints with delaminated adherend, J.  Adhesion Science and Technology, Vol. 23, No.13-14, pp. 1827–44, 2009.

[15] X. Wei, L. Guoqiang, Finite difference three dimensional solution of stresses in adhesively bonded composite joint subjected to torsion, J. Adhesion, Vol. 30, pp.191–199, 2010.

[16] N. Arnaud, R. Créac'hcadec, J. Y. Cognard, A tension/compression–torsion test suited to analyze the mechanical behaviour of adhesives under non-proportional loadings, International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 53, pp. 3-14, 2015

[17] G. Fessel, J. G. Broughton, N.A. Fellows, J.F. Durodola, A. R. Hutchinson, Evaluation of different lap shear joint geometries for automotive applications, International Journal of Adhesion & Adhesives, Vol. 27, pp. 574–5, 2007.

[18] S. W. Tsai, H. Thomas Hahn, Introduction to composite materials, 1st Ed., Technomic publishing company, 1980.

[19] C. Collier, Consistent structural integrity and efficient certification with analysis, Vol. 2, Technical Report, Collier Research Corporation, 2005.