معرفی روش‌های عددی به‌کار رفته جهت مدلسازی اتصالات چسبی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 استاد دانشکدة مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 استادیار دانشکدة مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

3 دانشجوی دکتری مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

درپی کاربرد صنعتی روزافزون از چسب‌ها در ایجاد اتصالات، پیش‌بینی رفتار مکانیکی آنها ضروری است. برای این منظور روش‌های عددی متنوعی توسعه یافته و مورد بهره‌برداری قرار گرفته است که به‌طور کلی لایة چسب در آنها یا با در نظر گرفتن آسیب یا بدون در نظر گرفتن آن مدلسازی شده است. مطالعات نشان می‌دهد که مدلسازی چسب با در نظر گرفتن آسیب نتایج قابل قبول‌تری ارائه می‌دهد. از بین این مدل‌ها، مدل ناحیة چسبناک به‌دلیل سادگی تعیین پارامترهای آن نسبت به مدل‌های آسیب پیوسته به‌عنوان یک مدل ماده برای شبیه‌سازی لایة چسب مورد استقبال قرار گرفته است. این مدل ماده از طریق رابطه‌ای موسوم به قانون کشش - جدایش مشخص می‌شود که متناسب با نوع چسب و نوع بارگذاری اتصال انتخاب می‌شوند. این مقاله، علاوه بر معرفی انواع مدل‌های ناحیة چسبناک، محدودیت‌های روش‌های تعیین پارامترهای قانون کشش - جدایش را مورد بررسی قرار داده است.

کلیدواژه‌ها


[1] K. Alfredsson, J. L. Högberg, Energy release rate and mode-mixity of adhesive joint specimens, International Journal of Fracture, vol. 144, pp. 267-283, 2007.

[2] L. F. da Silva, P. J. das Neves, R. Adams, J. Spelt, Analytical models of adhesively bonded joints-Part I: Literature survey, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 29, pp. 319-330, 2009.

[3] X. He and S. O. Oyadiji, Influence of mechanical properties of adhesives on stress distributions in lap joints, in ASME 7th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis, 2004, pp. 397-403.

[4] M. You, Z.-M. Yan, X.-L. Zheng, H.-Z. Yu, Z. Li, A numerical and experimental study of gap length on adhesively bonded aluminum double-lap joint, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 27, pp. 696-702, 2007.

[5] X. Zhao, R. Adams, L. F. da Silva, A new method for the determination of bending moments in single lap joints, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 30, pp. 63-71, 2010.

[6] M. J. Lee, T. M. Cho, W. S. Kim, B. C. Lee, J. J. Lee, Determination of cohesive parameters for a mixed-mode cohesive zone model, International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 30, pp. 322-328, 2010.

[7] G. Alfano, M. Crisfield, Finite element interface models for the delamination analysis of laminated composites: mechanical and computational issues, International journal for numerical methods in engineering, vol. 50, pp. 1701-1736, 2001.

[8] D. Xie, S. B. Biggers, Progressive crack growth analysis using interface element based on the virtual crack closure technique, Finite Elements in Analysis and Design, vol. 42, pp. 977-984, 2006.

[9] K. Katnam, A. Crocombe, H. Khoramishad, I. Ashcroft, Load ratio effect on the fatigue behaviour of adhesively bonded joints: an enhanced damage model, The Journal of Adhesion, vol. 86, pp. 257-272, 2010.

[10] M. M. Gift, P. Selvakumar, S. J. Alexis, A review on the Cohesive Zone Models for crack propagation analysis, 2013.

[11] H. Khoramishad, A. Crocombe, K. Katnam, I. Ashcroft, A generalised damage model for constant amplitude fatigue loading of adhesively bonded joints, International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 30, pp. 513-521, 2010.

[12] J. Rots, Strain-softening analysis of concrete fracture specimens, Fracture toughness and fracture energy of concrete, pp. 137-148, 1986.

[13] N. Chandra, H. Li, C. Shet, H. Ghonem, Some issues in the application of cohesive zone models for metal–ceramic interfaces, International Journal of Solids and Structures, vol. 39, pp. 2827-2855, 2002.

[14] N. Nguyen, A. M. Waas, A novel mixed-mode cohesive formulation for crack growth analysis, Composite Structures, 2015.

[15] K. Y. Volokh, Comparison between cohesive zone models, Communications in Numerical Methods in Engineering, Vol. 20, pp. 845-856, 2004.

[16] G. Alfano, on the influence of the shape of the interface law on the application of cohesive-zone models, Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 723-730, 2006.

[17] A. M. G. Pinto, A. Magalhães, R. D. S. G. Campilho, M. de Moura, A. Baptista, Single-lap joints of similar and dissimilar adherends bonded with an acrylic adhesive, The Journal of Adhesion, Vol. 85, pp. 351-376, 2009.

[18] M. Ridha, V. Tan, T. Tay, Traction–separation laws for progressive failure of bonded scarf repair of composite panel, Composite structures, Vol. 93, pp. 1239-1245, 2011.

[19] S. D. Barros, G. Alfano, L. Champaney, N. Valoroso, Use of cohesive zone models to design automotive bonded joints, International Journal of Automotive Composites, Vol. 1, pp. 158-169, 2015.

[20] M. De Moura, J. Morais, N. Dourado, A new data reduction scheme for mode I wood fracture characterization using the double cantilever beam test, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, pp. 3852-3865, 2008.

[21] T. Andersson, U. Stigh, The stress–elongation relation for an adhesive layer loaded in peel using equilibrium of energetic forces, International Journal of Solids and Structures, Vol. 41, pp. 413-434, 2004.

[22] H. Khoramishad, M. Hamzenejad, R. Ashofteh, Characterizing cohesive zone model using a mixed-mode direct method, Engineering Frcture Mechanics, Vol. 153, pp. 175-189, 2016.

[23] R. Fernandes, R. Campilho, Numerical evaluation of dissimilar cohesive models to predict the behavior of Double-Cantilever Beam specimens, Procedia Structural Integrity, Vol. 1, pp. 42-49, 2016.

[24] L. F. da Silva, T. Rodrigues, M. Figueiredo, M. De Moura, J. Chousal, Effect of adhesive type and thickness on the lap shear strength, The journal of adhesion, Vol. 82, pp. 1091-1115, 2006.

[25] K. Katnam, A. Crocombe, H. Khoramishad, I. Ashcroft, The static failure of adhesively bonded metal laminate structures: a cohesive zone approach, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 25, pp. 1131-1157, 2011.

[26] P. Jousset, M. Rachik, Comparison and evaluation of two types of cohesive zone models for the finite element analysis of fracture propagation in industrial bonded structures, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 132, pp. 48-69, 2014.

[27] H. Khoramishad, S. Nasiri, Investigation of the effect of material and geometrical parameters affecting the strength of hybrid adhesive- riveted joints, Science and Technology of Composites, Vol. 2, pp. 71-78, 2015.

[28] K. Park, G. H. Paulino, Cohesive zone models: a critical review of traction-separation relationships across fracture surfaces, Applied Mechanics Reviews, Vol. 64, p. 060802, 2011.

[29] R. Borg, L. Nilsson, K. Simonsson, Simulation of delamination in fiber composites with a discrete cohesive failure model, Composites Science and Technology, Vol. 61, pp. 667-677, 2001.

[30] H. Khoramishad, A. Crocombe, K. Katnam, I. Ashcroft, Predicting fatigue damage in adhesively bonded joints using a cohesive zone model, International Journal of fatigue, Vol. 32, pp. 1146-1158, 2010.