بررسی اثر نانوگرافن کاهش‌یافته بر روی مقاومت شکست چسب در شرایط بارگذاری مود مرکب به‌وسیله مدل ناحیه چسبان

محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید

یداله بلغند ^{1 *} , تاج بخش نوید چاخرلو ² , حسن بیگلری ³

1 - مربی‌، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ارس، ایران.
2 - استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، ایران.
3 - دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، ایران.

تاریخ دریافت : 1402/10/29 تاریخ پذیرش : 1403/04/11 تاریخ انتشار : 1404/02/10

کلید واژه: مود مرکب شکست مدل ناحیه چسبان نانوگرافن کاهش‌یافته مقاومت گسیختگی.,

چکیده مقاله :

اثر افزودن نانو گرافن کاهش‌یافته بر استحکام شکست چسب آرالدیت 2015 مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مشخصات مكانيكي نمونه‌های حجمی چسب و گرافن با درصدهای 0، 25/0، 5/0 و 1 توسط آزمون كشش با دستگاه Zwick به دست آمد. با استفاده از آزمون‌هایDCB  و ENF انرژي شكست چسب و گرافن در درصدهای 0، 25/0، 5/0 و 1 محاسبه گرديد. نمونه‌های آزمایشی از جنس PMMA ساخته شد و سپس به هم چسبانده شدند. حالات بارگذاری مختلف با استفاده از قید و بست آرکان اصلاح شده مورد آزمایش قرار گرفت. اثر افزودن نانو گرافن کاهش‌یافته به ترکیب چسب با استفاده از چهار نسبت وزنی مختلف گرافن شامل 0، 25/0، 5/0 و 1 درصد بررسی شد. نمونه‌های آزمایشی آزمون عملی گردید، نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌های عملی نشان داد که استفاده از گرافن کاهش‌یافته 5/0% وزنی، در نیروهای بالاتری گسیختگی رخ داد. بیشترین نیروی گسیختگی، بین نمونه‌های با همان مقدار گرافن 5/0% وزنی، برای شرایط بارگذاری مود II به ‌دست آمد. نتایج تجربی با نتایج مدل المان محدود در نرم‌افزار  مقایسه شد. بررسی لایه شکست چسب نشان می‌دهد که وجود نانوگرافن کاهش‌یافته در چسب تا حدودی مانع رشد ترک شده و این پدیده باعث افزایش مقاومت گسیختگی چسب در تمام مودهای شکست گردیده است.

چکیده انگلیسی:

The effect of adding graphene was studied on the fracture strength of the Araldite adhesive. First, the mechanical characteristics of adhesive and graphene with percentages of 0, 0.25, 0.5 and 1 were obtained by bulk specimens. Using DCB and ENF tests, the fracture energy of adhesive and graphene was calculated in percentages of 0, 0.25, 0.5 and 1. Experimental specimens were made of PMMA and then were bonded using a thin adhesive layer. Different loading modes were created by using the modified Arcan fixtures. Effect of adding graphene in the adhesive layer was studied by using four different weight ratio of graphene including 0, 0.25, 0.5 and 1 percent. The results achieved suggested the use of 0.5% wt. of graphene for achieving the highest fracture force for the experimental specimens. The highest fracture force, between the specimens with the same amount of graphene, was obtained for pure mode II loading condition Examining the fracture behavior of the adhesive layer showed that by adding reduced Nano graphene to the adhesive, the fracture resistance of the adhesive increases in all failure modes due to the presence of reduced Nano graphene and preventing it from propagating cracks.

منابع و مأخذ:

[1] A. Hassan Ejaz, E. U. Mubashar, A. Zaib, A. Nabeel & W. Saad, "An experimental and simulation study of RGO effects on mechanical behaviour of structural adhesive and lap shear joints strength", International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 126, pp. 103480, 2023.

[2] H. Khoramishad, M. Bagheri Tofighi & M. Khodaei, "Effect of Stacking Sequence on Low-Velocity Impact Behavior of Metal Laminates", Phys. Mesomech, vol. 21, no. 2, pp. 140–149, 2018.

[3] Z. Jiang, Z. Fang, L. Yan, S. Wan & Y. Fang, "Mixed-mode I/II fracture criteria for adhesively-bonded pultruded GFRP/steel joint", Compos. Struct, vol. 255, pp. 113012, 2021.

[4] M. Bagheri Tofighi & H. Biglari, "FEM Analyses of Low Velocity Impact Response of Sandwich Composites with Nanoreinforced Polypropylene Core and Aluminum Face Sheets", Phys. Mesomech, vol. 24, no. 1, pp. 107–116, 2021.

[5] R. Gholami, H. Khoramishad L. F. M. da Silva, "The Glass Fiber-Reinforced Polymer Nanocomposite Adhesive Joints Rein‐ forced with Aligned Carbon Nanofillers", Compos. Struct, vol. 253, pp. 112814, 2020.

[6] P. Zamani, A. Jaamialahmadi & L. F. M. da Silva, "The influence of GNP and nano-silica additives on fatigue life and crack initiation phase of Al-GFRP bonded lap joints subjected to four-point bending", Compos. B. Eng, vol. 207, pp. 108589, 2021.

[7] P. Jojibabu, Y. X. Zhang, A. N. Rider, J. Wang, R. Wuhrer & B. Gangadhara Prusty, "High-performance epoxy-based adhesives modified with functionalized graphene nanoplatelets and triblock copolymers", Int. J. Adhes. Adhes, vol. 98, pp. 102521, 2020.

[8] S. K. Gupta & D. K. Shukla, "Effect of stress rate on shear strength of aluminium alloy single lap joints bonded with epoxy/nanoalumina adhesives", Int. J. Adhes. Adhes, vol. 99, pp. 102587, 2020.

[9] Q. Rao, Z. Ouyang & X. Peng, "Enhancing mode I fracture toughness of adhesively bonded unidirectional composite joints using surfactant-stabilized multi-walled carbon nanotube and graphene nanoplate", Polym. Test, vol. 96, pp. 107110, 2021.

[10] J. P. A. Valente, R. D. S. G. Campilho, E. A. S. Marques, J. J. M. Machado & L. F. M. da Silva, "Adhesive joint analysis under tensile impact loads by cohesive zone modelling", Compos. Struct, 2019.

[11] S. Akpinar, "The strength of the adhesively bonded step-lap joints for different step numbers", Compos B Eng, vol. 67, pp. 170–178, 2014.

[12] E. Gavgali, R. Sahin &S. Akpinar, "An investigation of the fatigue performance of adhesively bonded step-lap joints: an experimental and numerical analysis", Int J Adhesion Adhes, vol. 104, pp. 102736, 2021.

[13] S. Bayramoglu, S. Akpinar & A. Çalık "Numerical analysis of elasto-plastic adhesively single step lap joints with cohesive zone models and its experimental verification", J Mech Sci Technol, vol. 35, pp. 641–649, 2021.

[14] S. Bayramoglu, K. Demir & S. Akpinar, "Investigation of internal step and metal part reinforcement on joint strength in the adhesively bonded joint: experimental and numerical analysis", Theor Appl Fract Mech, vol. 108, pp. 102613, 2020.

[15] H. Ejaz, H. Khan, F. Mazhar & IU. Haq, "An experimental and simulation study of various geometric modifications effects in single lap joint", Forces in Mechanics, vol. 9, pp. 100144, 2022.

[16] S. Akpinar, "Effects of different curvature patches on the strength of double-strap adhesive joints", J Adhes, vol. 89, no. 12, pp. 937–47, 2013.

[17] L. F. Da Silva, A. Ochsner & R. D. Adams, "Handbook of adhesion technology", Springer Science & Business Media, 2011.

[18] A. Hartwig, A. Lühring & J. Trautmann, "Spheroidal nanoparticles in epoxide-based adhesives", Macromol Mater Eng, vol. 294, no. 6-7, pp. 363–79, 2009.

[19] G. Gkikas, D. Sioulas, A. Lekatou, N. Barkoula & A. Paipetis, "Enhanced bonded aircraft repair using nano-modified adhesives", Materials & Design, vol. 41, pp. 394-402, 2012.

[20] J. Kim, B. S. Yim, J. M. Kim & J. Kim, "The effects of functionalized graphene nanosheets on the thermal and mechanical properties of epoxy composites for anisotropic conductive adhesives (ACAs)", Microelectronics Reliability, vol. 52, pp. 595-602, 2012.

[21] U. Khan, P. May, H. Porwal, K. Nawaz, J. N. Coleman, "Improved adhesive strength and toughness of polyvinyl acetate glue on addition of small quantities of graphene", ACS applied materials & interfaces, vol. 5, pp. 1423-1428, 2013.

[22] ص. اسماعیلی، ت. احمدی، ح. ر. بخششی راد و ا. ع. نوربخش، "تأثیر افزودن اکسید گرافن بر رفتار خواص تریبولوژی پوشش‌های ایجاد شده روی آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما "، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 3، صفحه 29-41، پاییز 1401.

[23] س. ح. دانشمند، م. ذاکری، ع. محمد بیگی و ع. نظری، "تأثیر گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مس/گرافن"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 141-148، تابستان 1394.

[24] L. Guadagno, M. Sarno, U. Vietri, M. Raimondo, C. Cirillo & P. Ciambelli, "Graphene-based structural adhesive to enhance adhesion performance", RSC Advances, vol. 5, pp. 27874-86, 2015.

[25] A. Silva Neto, D. T. L. D. Cruz & A. F. Ávila, "Nano-modified adhesive by graphene: the single lap-loint case", Materials Research, vol. 16, pp. 592-596, 2013.

[26] M. De Moura & A. M. G. Pinto, "Campilho R,Interlaminar fracture characterization of a carbo-epoxy composite in pure mode II", Materials Science Forum, January 2010.

متن کامل:



فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال هجدهم –  شماره چهارم –  زمستان 1403 (شماره پیاپی 71)، ص­ص. 17-28
	فصلنامه علمی پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد ma.iaumajlesi.ac.ir

بررسی اثر نانوگرافن کاهش‌یافته بر روی مقاومت شکست چسب در شرایط بارگذاری مود مرکب به‌وسیله 

مدل ناحیه چسبان

مقاله پژوهشی

 یدالله بلغند۱*، تاج‌بخش نوید چاخرلو2، حسن بیگلری3

 

1- مربی‌، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ارس، ایران.

2- استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، ایران.

3- دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک، دانشگاه تبریز، ایران.

*  [e-mail]

 

 

اطلاعات مقاله		چکیده
دریافت: 29/10/1402 پذیرش: 11/04/1403		اثر افزودن نانو گرافن کاهش‌یافته بر استحکام شکست چسب آرالدیت 2015 مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا مشخصات مكانيكي نمونه‌های حجمی چسب و گرافن با درصدهای 0، 25/0، 5/0 و 1 توسط آزمون كشش با دستگاه Zwick به دست آمد. با استفاده از آزمون‌هایDCB  و ENF انرژي شكست چسب و گرافن در درصدهای 0، 25/0، 5/0 و 1 محاسبه گرديد. نمونه‌های آزمایشی از جنس PMMA ساخته شد و سپس به هم چسبانده شدند. حالات بارگذاری مختلف با استفاده از قید و بست آرکان اصلاح شده مورد آزمایش قرار گرفت. اثر افزودن نانو گرافن کاهش‌یافته به ترکیب چسب با استفاده از چهار نسبت وزنی مختلف گرافن شامل 0، 25/0، 5/0 و 1 درصد بررسی شد. نمونه‌های آزمایشی آزمون عملی گردید، نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌های عملی نشان داد که استفاده از گرافن کاهش‌یافته 5/0% وزنی، در نیروهای بالاتری گسیختگی رخ داد. بیشترین نیروی گسیختگی، بین نمونه‌های با همان مقدار گرافن 5/0% وزنی، برای شرایط بارگذاری مود II به ‌دست آمد. نتایج تجربی با نتایج مدل المان محدود در نرم‌افزار  مقایسه شد. بررسی لایه شکست چسب نشان می‌دهد که وجود نانوگرافن کاهش‌یافته در چسب تا حدودی مانع رشد ترک شده و این پدیده باعث افزایش مقاومت گسیختگی چسب در تمام مودهای شکست گردیده است.
کلید واژگان: مود مرکب شکست  مدل ناحیه چسبان نانوگرافن کاهش‌یافته مقاومت گسیختگی.

 

Investigating the Effect of Reduced Nano Graphene on Adhesive Fracture Resistance under Mixed Mode Loading Conditions Using the Adhesive Zone Mode

 

Yadollah Bolghand1*, Tajbakhsh Navid Chakherlou2, Hassan Biglari3

1- Instructor, Department of Mechanic Engineering, Aras Branch, Islamic Azad University, Iran.

2- Full Professor, Department of Mechanics Engineering, University of Tabriz, Iran.

3- Associate professor, Department of Mechanics Engineering, University of Tabriz, Iran.

* [e-mail]

 

Abstract		Article Information
The effect of adding graphene was studied on the fracture strength of the Araldite adhesive. First, the mechanical characteristics of adhesive and graphene with percentages of 0, 0.25, 0.5 and 1 were obtained by bulk specimens. Using DCB and ENF tests, the fracture energy of adhesive and graphene was calculated in percentages of 0, 0.25, 0.5 and 1. Experimental specimens were made of PMMA and then were bonded using a thin adhesive layer. Different loading modes were created by using the modified Arcan fixtures. Effect of adding graphene in the adhesive layer was studied by using four different weight ratio of graphene including 0, 0.25, 0.5 and 1 percent. The results achieved suggested the use of 0.5% wt. of graphene for achieving the highest fracture force for the experimental specimens. The highest fracture force, between the specimens with the same amount of graphene, was obtained for pure mode II loading condition Examining the fracture behavior of the adhesive layer showed that by adding reduced Nano graphene to the adhesive, the fracture resistance of the adhesive increases in all failure modes due to the presence of reduced Nano graphene and preventing it from propagating cracks.		Original Research Paper Doi: 10.71753/ma.2024.1089988
		Keywords: Mix Mode Fracture Cohesive Zone Model Nano Graphene Fracture Strength.

 

 

1- مقدمه

در حال حاضر افزایش استحکام گسیختگی اتصالات و کاهش وزن آنها یکی از پارامترهای مهم در مرحله طراحی یک سازه مکانیکی از قبیل سازه‌های هوایی، صنعت ماشین و... است [1].

اتصالات چسبی به‌عنوان یک نوع خاص از تکنیک‌های اتصال به‌طور گسترده‌ای برای اتصال انواع مختلف مواد استفاده شده است [2]. اتصالات چسبی دارای ویژگی‌های بسیار بهتری از جمله کار ساده‌تر، استحکام بالاتر، عمر خستگی بیشتر و مقاومت در برابر خوردگی بهتر در مقایسه با اتصال پیچی، اتصال پرچ شده و اتصال جوشی هستند [3]. با این حال، اتصالات چسب ممکن است در طول سرویس خود با شرایط بارگذاری متفاوتی مانند بارگذاری استاتیک، خستگی و ضربه مواجه شوند [4]. برای تغییر مکانیسم انتشار ترک در چسب و بهبود رفتار شکست چسب‌ها، نانوذرات مختلفی با هندسه و مواد مختلف به چسب‌ها اضافه شده است [5]. مطالعات زیادی در مورد اثرات افزودن نانوذرات در چسب‌ها انجام شده است. زمانی و همکاران رفتار خمشی چهار نقطه‌ای اتصالات چسب تک لبه را بررسی کردند [6]. جوجی بابو و همکاران1 [7] کوپلیمرهای گرافن و سه بلوک را برای افزایش استحکام برشی لبه اتصالات چسب اضافه کردند. افزودن نانوذرات به چسب اپوکسی منجر به افزایش 129% مقاومت برشی لبه در مقایسه با اپوکسی اصلاح نشده شد. گوپتا و شوکلا2 [8] استحکام برشی اتصالات تک لبه آلیاژ آلومینیوم را که با دو نانوذره مختلف از جمله نانوآلومینای کروی و نانوآلومینای میله‌ای شکل متصل شده و تقویت شده‌اند، مورد مطالعه قرار دادند. استحکام برشی استاتیکی و دینامیکی اتصالات حاوی نانوآلومینای کروی در مقایسه با چسب خالص و نانوچسب‌های حاوی نانوآلومینای میله‌ای بیشتر بود. رائو و همکاران3 [9] چقرمگی شکست حالت I چسبنده‌های کامپوزیت چسبنده را با استفاده از نانولوله کربنی و گرافن افزایش داد. نتایج آزمایش نشان داد که هیبرید 75/0% وزنی MWCNTs/GNPs (1:4) در مقایسه با چسب خالص بالاترین اثر سخت‌کنندگی را با 286% بهبود داشت. مدل‌سازی ناحیه چسبان به‌طور گسترده به‌عنوان یک روش قدرتمند برای تجزیه و تحلیل شروع و انتشار لایه لایه در اتصالات چسبنده تحت شرایط بارگذاری مختلف از جمله بارهای ضربه‌ای کششی [10]. به هر حال اتصالات چسبی دارای معایبی نیز از قبیل عیوب ساختاری حاصل از سطح، هندسه، محیط و پارامترهای تولیدی که بر روی استحکام گسیختگی تأثیر دارند و مطالعات زیادی برای تکنیک بهبود هندسه اتصال جهت کاهش پیک تنش بر لایه‌های چسب محل اتصال انجام یافته است [11-16]. توسط دآسیلوا و همکاران4 [17] روش‌های زیادی بر اساس بهبود پارامترهای هندسی جهت افزایش استحکام گسیختگی چسب در اتصال انجام یافته است. اضافه کردن نانو مواد به چسب، روش جدید برای افزایش استحکام گسیختگی چسب در یک دهه گذشته است [18]. گیکاس و همکاران5 [19] اثر افزودن کسر وزن کمی از نانولوله‌های کربن چند جداره در یک چسب پلیمری را بررسی کرده‌اند. آنها به این نتیجه رسیدند که با افزودن نانولوله‌های کربنی به‌عنوان مواد افزودنی در چسب معمولي هوافضا، رفتار چسبندگی به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد [20]. نانوگرافن به‌عنوان یک نانو مواد دوبعدی که دارای استحکام بالا همانند نانولوله‌های کربنی و کم‌هزینه همانند نانو رس معرفی شده است [21]. گرافن، ساختاری دو بعدی و تک لایه از اتم­های کربن است که چینش اتم­ها در کنار هم ساختاری لانه­ی زنبوری به وجود آورده است که از آن جمله می­توان به رسانش، هدایت الکتریکی بالا و تحرک بسیار زیاد الکترون در دمای اتاق، هدایت حرارتی استثنائی و خواص مکانیکی فوق­العاده­ی آن (مدول یانگ TPa1 و مقاومت نهایی 130 گیگاپاسکال) و بسیاری از خواص دیگر که در ادبیات فن گزارش شده است اشاره کرد [22]. گرافن اکساید کاهش‌یافته نانوماده دو بعدي کربنی است که به‌صورت تک لایه از گرافن اکساید حاصل می‌گردد و با ساختار شش‌ضلعی و کریستالی است که گروه‌های اکسیژن بر روی آن قرار دارد. این ماده به دلیل وجود گروه‌های فعال سطحی زیاد و به هم ریختن ساختار اصلی گرافنی، دارای رسانایی الکتریکی کم اما قابلیت عامل دار شدن با انواع مولکول‌های شیمیایی و زیستی را به میزان بالایی دارد و این امکان را به ما می‌دهد که با انواع پیوندهای الکترواستاتیک و کووالانسی صفحات را به پلیمرها یا مواد دیگري، پیوند بزنیم [23]. گواداگنو و همکاران6 [24] عملکرد مکانیکی و مورفولوژی چسب‌های ساختمانی که با افزودن نانوگرافن بهبود یافت، بررسی کردند. دآسیلوا-نتو و همکاران7 [25] اثر افزودن گرافن برچسب ویسکوزیته پایین مورد مطالعه و نشان داده‌اند که اتصالات با چسب اصلاح شده نشان می‌دهد دارای استحکام برشی لبه‌ای بالاتر است. وجه اشتراک این مقاله با تحقیقات مشابه، افزودن یک نانوماده به چسب جهت افزایش خواص چسب بر اساس صرفاً بهبود خواص فیزیکی نانو ماده است و وجه تمایز و نوآوری این پژوهش با کارهای قبلی، علاوه بر بهبود خواص فیزیکی چسب، ایجاد پیوندهای شیمیایی الکترواستاتیک و کووالانسی صفحات نانو گرافن کاهش ‌یافته با ترکیب شیمیایی چسب بر پایه اپوکسی است که بر روی مقاومت گسیختگی چسب در اتصال لب به لب در شرایط بارگذاری مود مرکب بررسی گردید.

 

2- مواد و روش‌ها

2-1- مواد

طبق فلوچارت شکل (1) مراحل پژوهش انجام یافت و جنس نمونه مورد استفاده در آزمون‌های کشش از پلی متیل متا اکریلیت بوده و چسب دو جزئی آرالدیت 2015 یک چسب دو جزئی نرم با مشخصات جدول (1) است که برای اتصالات فلزات، پلاستیک‌ها و اکثر سطوح دیگری که ممکن است در معرض رطوبت قرار گیرند، مناسب می‌­باشد. این چسب از نظر استحکام، قدرت چسبندگی، دوام و مقاومت بسیار قوی می­‌باشد و زمان پخت بالایی دارد.

 

 

شکل (1): فلوچارت مراحل آماده‌سازی نمونه و انجام آزمون.

 

جدول­1- مشخصات چسب آرالدیت 2015 طبق کاتالوگ سازنده.

ویژگی (واحد)	مقدار
مدول الاستیک (گیگاپاسکال)	85/1
ضریب پواسون	33/0
استحکام کششی (مگاپاسکال)	22
مدول برشی (گیگاپاسکال)	56/0
استحکام برشی (مگاپاسکال)	18

 

2-2- آماده‌سازی چسب با گرافن

چسب اپوکسی آرالدیت 2015 از نوع چسب­های دو جزئی شامل رزین و هاردنر می­باشد که به نسبت 50 درصد وزنی مخلوط و در کوره بازپخت می­شود. جهت به دست آوردن خواص مکانیکی این چسب علاوه بر کاتالوگ چسب، ابتدا مطابق استاندارد ASTMD638 نمونه‌های حجمی چسب با گرافن (25/0، 5/0، 1 درصد وزنی چسب) و بدون گرافن آماده شد. برای بررسی نمونه‌های حجمی شامل تأثیر نانوگرافن بر بهبود خواص مکانیکی چسب (مدول یانگ و استحکام کششی) از هر درصد وزنی مختلف (25/0 درصد، 5/0 درصد و 1 درصد) 3 نمونه با نانو (مجموع 9 نمونه حجمی) و 3 نمونه حجمی بدون نانو برای هر آزمایش کشش ساخته شد. برای آماده‌سازی چسب با درصدهای مختلف گرافن (25/0، 5/0، 1 درصد)، ابتدا گرافن را بر اساس وزن چسب مصرفی با ترازویی با دقت 001/0 گرم وزن کرده و طبق شکل (2) سپس در ظرف مخصوص طراحی و ساخته شده از جنس پلی آمید و ساچمه‌های تنگستن کارباید (از ظرف و ساچمه فولادی به دلیل انتقال ناخالصی استفاده نگردید).

 

شکل (2): ظرف مخصوص طراحی و ساخته شده از جنس پلی آمید جهت اختلاط رزین با گرافن.

 

سپس طبق شکل (3) در دستگاه بال ميل چسب با رزین اپوکسی به مدت 3 ساعت با 300 دور در دقیقه به‌خوبی مخلوط گردید.

 

 

شکل (3): دستگاه بال میل جهت اختلاط رزین با گرافن.

 

 سپس پس از تهیه مخلوط همگن رزین با گرافن با درصد مشخص، به مخلوط حاصل هاردنر اضافه گردید و در دستگاه ارتعاش صوتی در فرکانس 480 هرتز به مدت 10 دقیقه جهت مخلوط همگن هاردنر به مخلوط رزین- گرافن طبق شکل (4) در دانشکده مکانیک دانشگاه تبریز ارتعاش یافت.

 

 

شکل (4): ارتعاش صوتی مخلوط رزین-هاردنر- نانوگرافن.

 

چسب با نانوگرافن با درصدهای 25/0، 5/0، 1 و بدون گرافن در داخل قالب نمونه‌های حجمی ریخته­گری شده است و سپس نمونه­ها جهت پخت به مدت 35 دقیقه در دمای 60 درجه سانتی‌گراد مطابق با شکل 5 در کوره باز پخت حرارت داده شد.

 

 

شکل (5): پخت نمونه چسب در دمای 60 درجه سانتی‌گراد.

 

2-3- آزمایش‌های تجربی

نمونه‌های حجمی 1 تهیه شده از چسب جهت انجام آزمایش کشش در دستگاه کششZwick  با لودسل دارای دقت 01/0 نيوتون در شرایط محیطی استاندارد آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشکده مکانیک دانشگاه تبریز قرار گرفت و جهت تأثیر گرافن در درصدهای وزنی مختلف بر خواص مکانیکی چسب، با سرعت حرکت mm/min1 پیشانی فک دستگاه مطابق استاندارد تحت آزمون کشش به‌صورت عملی مطابق شکل (6) قرار گرفت.

 

 

شکل (6): آزمایش کشش نمونه‌های حجمی چسب.

 

2-4- بررسی سطح شکست نمونه‌ها با SEM و TEM

ابتدا از سطوح شکست نمونه‌های حجمی چسب با گرافن 5/0 درصد و بدون گرافن با دستگاه میکروسکوپ الکترونیک روبشی (SEM) تصاویری در ابعاد مختلف و مناسب تهیه گردید و سپس جهت مشخص شدن مورفولوژی چسب خالص و چسب با 5/0 درصد گرافن، ابتدا به‌صورت پودر به‌وسیله دستگاه ارتعاش صوتی در استون پخش یکنواخت گردیده و سپس توسط دستگاه TEM با مارک LEO 906 و قدرت 120 کیلووات مورفولوژی نمونه‌ها در دانشکده مکانیک دانشگاه تبریز مورد بررسی قرار گرفت.

 

2-5- آنالیز عددی المان محدود و آزمایش‌های تجربی جهت مدل‌سازی منطقه چسبان (CZM)

مدل منطقه چسبان بیانگر هیچ ماده فیزیکی‌ای نیست، بلکه نیروهای چسبندگی را نشان می‌دهد که وقتی عناصر ماده از هم جدا می‌شوند، رخ می‌دهد.

هنگامی‌که سطوح (شناخته شده به‌عنوان سطوح چسبنده) جدا می‌شوند، کشش تا رسیدن به مقدار حداکثر افزایش یافته و پس از آن به صفر می‌رسد که در نهایت منجر به جدایی کامل سطوح می‌شود. تغییر در کشش و رابطه آن با جابه‌جایی بر روی یک منحنی ترسیم می‌شود و منحنی کشش-جابجایی نامیده می‌شود. مساحت زیر این منحنی برابر با انرژی موردنیاز برای جدایش است. در این تحقیق لایه چسبی با استفاده از المان‌های مدل منطقه چسبان (CZM)، با استفاده از قانون کشش و جدایش 3 دو خطی 4 یا مثلثی شکل مدل شد. برای شبیه­سازی با استفاده از CZM، مقدار انرژی شکست و کشش در مودهای I و II تعیین گردید. مقدار انرژی شکست بحرانی GIC و GIIC از آزمون‌ها و نمونه‌های آزمون DCB در مد اول و ENF در مد دوم به دست آمد؛ و سپس مدل‌سازی سه بعدی انجام یافت.

 

2-6- آماده‌سازی نمونه‌های آزمون DCB و ENF

عملیات آماده‌سازی نمونه‌ها بر اساس استاندارد ASTM D1780 انجام یافت. مخلوط چسب-گرافن به سطح نمونه‌ها مطابق شکل (7) اعمال گردید.

 

 

شکل (7): اعمال مخلوط چسب- گرافن به سطح نمونه‌ها.

 

2-7- آماده‌سازی و انجام آزمون DCB و ENF

دو قطعه نمونه به‌وسیله قید و بست مخصوصی بر روي هم مونتاژ گردیدند و مطابق شکل (8) یک فشار یکنواخت به نمونه‌ها برای ایجاد ضخامت 2/0 میلی‌متری ضخامت ثابت و یکنواخت، اعمال گردید. سپس چسب اضافه توسط کاتر برش خورده و عملیات پخت نمونه در کوره به مدت 35 دقیقه در دمای 60 درجه سانتی‌گراد انجام یافت.

 

 

شکل (8): فشار یکنواخت به نمونه‌ها برای ایجاد ضخامت 2/0 میلی‌متری.

 

برای به دست آوردن پارامترهای منطقه چسبان از روش CBBM استفاده گردید. دمورا و پینتو8 با توسعه یک طرح ساده توانست پارامترهای CZM را در اتصالات چسبی در مودهای I و II به دست آورد [26]. تکنیک پردازش تصویر برای اندازه‌گیری طول ترک و فاصله باز شوندگی ترک استفاده گردید. برای این منظور نقاط سیاه با فاصله‌های مشخص روی هر یک از نمونه‌ها طبق شکل (9) جاگذاری شد.

 

 

شکل (9): نقاط سیاه برای اندازه‌گیری فاصله بازشوندگی ترک

 

2-8- نحوه تعیین مقدار انرژی آزاد شده از نتایج آزمون‌های DCB و ENF

قبل از مدل‌سازی اجزای محدود، لازم بود پارامترهای چسبنده برای مواد چسب آرالدیت 2015 مشخص شود. پارامترهای نرخ آزادسازی انرژی کرنش برای چسب خالص و نانو تقویت ‌شده به ترتیب با انجام آزمایش‌های DCB و ENF تعیین شد. مقدار نرخ انرژی رها شده از منحنی‌های بار- جابجایی برای درصدهای مختلف گرافن از رابطه (1) به دست می‌آید [26]:

 

 

در رابطه بالا P نیروی اعمال شده به نمونه، B پهنای نمونه، h ارتفاع نمونه، v ضریب پواسون، مدول خمشی نمونه که از رابطه‌های (2) و (3) به دست می‌آید [26]:

 

(1)

 

در رابطه (3)، E مدول یانگ،  طول ترک پیش‌فرض، a طول ترک واقعی،  طول ترک معادل است که مقدار آن به‌راحتی از رابطه (4) به دست می‌آید [26]:

 

(2)

 

مراحل شبیه به مراحل بالا برای به دست آوردن انرژی بحرانی رها شده در مود II با استفاده از آزمون‌های ENF به دست آمد. نمودارهای P-δ با استفاده از رابطه (5) به دست آمد [26].

 

(3)
(4)

 

2-9- قید و بست آرکان اصلاح شده

آزمایش‌های شکست برای حالت‌های مختلف از جمله مد I، مد II و بارگذاری مد مركب با استفاده از یک قید و بست آرکان اصلاح‌شده انجام شد. شماتیک قید و بست آرکان در شکل (10) نشان داده شده است. قید و بست آرکان از فولاد با استحکام بالا CK45 با ضخامت کامل 20 میلی‌متر ساخته شده است. سوراخ‌های مختلف با فواصل 15 درجه در هر قسمت از قید و بست آرکان ایجاد شد تا شرایط بارگذاری متفاوتی را برای حالت‌های مختلف شکست فراهم کند. یک حفره مستطیلی با عرض 60 میلی‌متر و ارتفاع 90 میلی‌متر در وسط قید و بست آرکان برای قرار دادن نمونه‌های آزمایش شکستگی بریده شد. عمق حفره 5/12 میلی‌متر بود. نمونه‌های شکست از مواد PMMA در حفره قرار داده شد و دو صفحه فولادی با ضخامت 5/7 میلی‌متر در قسمت بیرونی PMMA برای تثبیت صفحات PMMA به قید و بست آرکان پیچ شدند.

 

 

شکل (10): پیکربندی‌های فیکسچر آرکان، (الف) مد اصلي I، (ب) مد مركب (30 درجه)، (ج) مد مركب (60 درجه)، (د) مد اصلي II.

 

2-10- مدل‌سازی سه بعدی شکست با استفاده از مدل المان محدود

یک مدل سه بعدی کامل در شبیه‌سازی FE برای اندازه‌گیری بار شکست نمونه‌های PMMA متصل شده مطابق با شکل (11) اجرا شد. المان‌های ناحیه چسبان از جمله چهار وجهی درجه دوم C3D10 و شش وجهی خطی C3D8R به ترتیب برای مش بندی آرکان و نمونه با تعداد 367852 المان برای همگرایی در نرم‌افزار  استفاده شده است. برای مدل‌سازی لایه چسب از تکنیک استفاده از سطح چسبان با ضخامت صفر با توسعه یک مدل المان محدود شبیه‌سازی شد. یک قانون جداسازی کشش دوخطی برای شبیه‌سازی پاسخ‌های حالت اصلي I، مد مركب I/II و حالت اصلي II در سطوح چسبنده استفاده شد. شروع آسیب با استفاده از معیار حداکثر تنش اسمی در نظر گرفته شده است. در مرحله بعد، انتشار ترک با استفاده از معیار قانون توان درجه دوم مدل‌سازی شد. پارامترهایی از جمله کشش ترک خوردگی و انرژی شکست برای شروع آسیب و انتشار آسیب در نظر گرفته شد. خواص مواد الاستیک صفحات PMMA،  و  در نظر گرفته شد. رفتار ارتجاعی نیز برای مواد فولادی قید و بست آرکان در نظر گرفته شد و پارامترهای مواد برابر و برای قید و بست آرکان اجرا شدند. برای تثبیت چرخش قید و بست آرکان، تمام DOFها برای سوراخ‌های پایین فیکسچر آرکان ثابت شدند و جابجایی عرضی فقط برای سوراخ‌های بالایی قید و بست آرکان اعمال شد.

 

 

شکل (11): نمای ایزومتریک عناصر مدل اجزای محدود.

 

3- نتایج و بحث

3-1- خواص مکانیکی نمونه­های حجمی چسب

نمونه حجمی تهیه شده از چسب جهت انجام آزمایش کشش در دستگاه کشش قرار داده شد و با سرعت mm/min 1 مطابق استاندارد و تحت آزمون کشش طبق شكل (12) قرار گرفت. شکل (13) نمودار تنش کرنش چسب با گرافن 25/0، 5/0، 1 درصد وزنی چسب و بدون گرافن حاصل از آزمون کشش را نشان می‌دهد. خواص مکانیکی مهم از جمله مدول یانگ، تنش تسلیم و استحکام نهایی چسب با گرافن 25/0، 5/0، 1 درصد وزنی چسب و بدون گرافن که از آزمایش کشش طبق جدول (2) استخراج گردید، نتایج نشان داد که نمونه‌ها با 5/0 درصد وزنی گرافن بیشترین استحکام کششی را از خود نشان می‌دهند که حدود 30 درصد از استحکام کششی چسب خالص بیشتر است و این امر به علت پیوندهای الکترواستاتیک و کووالانسی صفحات نانو گرافن کاهش‌یافته با ترکیب چسب است که سبب تقویت پیوند مابین ترکیبات چسب گردیده است و نتایج شکل (13) بیانگر این است با افزایش درصد وزنی گرافن از 5/0 درصد به 1 درصد، استحکام نهایی کشش 13 درصد کاهش می‌یابد و این پدیده می‌تواند ناشی از تراکم ذره‌های نانوگرافن در مابین پیوندهای چسب با نانو گرافن باشد که نتوانسته‌اند با ترکیبات چسب پیوند ایجاد نمایند و همانند یک حفره، نابجایی و ناخالصی در داخل چسب باعث ایجاد تمرکز تنش شده است.

 

 

شکل (12): آزمون کشش نمونه‌های حجمی.

 

 

شکل (13): نمودار تنش کرنش.

 

جدول (2): نام‌گذاری نمونه‌های حجمی به همراه متغیر و ثوابت.

(5)

نام‌گذاری نمونه‌های حجمی	میزان سرعت ثابت آزمون کشش	تنش نهایی (Mpa)	مدول یانگ (Mpa)
خالص	mm/min1	8/24	1126
25/0	mm/min1	7/26	1204
5/0	mm/min1	6/34	1496
1	mm/min1	2/30	1298

 

3-2- سطوح شکسته پس از آزمایش‌های کششی

نیروهای کششی بر روی نمونه‌های آزمایشی در شرایط استاندارد محیطی در آزمایشگاه مقاومت مصالح دانشکده مکانیک دانشگاه تبریز تا زمانی که جدایی کامل بین صفحات PMMA رخ بدهد اعمال شد. برای مقایسه بهتر بین سطوح شکسته چسب خالص و تقویت شده با نانو، برخی از تصاویر SEM پس از آزمایش‌های عملی مطابق شکل (14) گرفته شد. نتایج بررسی تصاویر SEM نشان داد که مورفولوژی فیلم چسب تقویت شده با گرافن بسیار متفاوت از چسب خالص بود. این به دلیل وجود نانو گرافن متعدد در ترکیب چسب‌های تقویت‌شده با نانو گرافن بود. علاوه بر تصاویر SEM، برخی از تصاویر TEM برای مطالعه مورفولوژی چسب خالص و نانو تقویت شده طبق شکل (15) گرفته شد. نتیجه مقایسه بیانگر این است که وجود ذرات گرافن مانعی برای انتشار ترک در مواد چسبنده ایجاد کرده است و در نتیجه استحکام گسیختگی لایه چسب افزایش یافته است.

 

 

شکل (14): تصاویر SEM: الف) چسب خالص و ب) چسب با نانو.

 

 

شکل (15): تصاویر TEM از: الف) چسب خالص و ب) چسب با نانو.

 

3-3- پارامترهای منطقه چسبنده با نتایج آزمون‌های DCB و ENF

از نمونه‌های DCB و ENF جهت برآورد مقدار نرخ انرژی کرنشی در مد اول، دوم استفاده گردید، نمونه‌های DCB آزمون عملی گردیدند و نتایج داده‌های آزمایش‌های عملی را به‌صورت منحنی‌ها در شکل (16) درج گردیده است.

 

 

شکل (16): منحنی‌های نتایج آزمون نمونه‌های DCB

 

مراحل شبیه به مراحل بالا برای به دست آوردن انرژی بحرانی رها شده در مود II با استفاده از آزمون‌های ENF به دست آمد و نمونه‌های ENF آزمون عملی گردیدند و نتایج داده‌های آزمایش‌های عملی را به‌صورت منحنی‌ها در شکل (17) درج گردیده است.

 

 

شکل (17): منحنی‌های نتایج آزمون نمونه‌های ENF.

 

شکل (18) منحنی GI-w را که از نتایج آزمایش‌های نمونه‌های DCB به‌دست‌آمده نمایش می‌گذارد. منحنی σ-w که مربوط به قانون منطقه چسبان است می‌توان با استفاده از معادله ارائه شده در شکل به دست آورد.

 

شکل (18): منحنی GI-w را که از آزمایش‌های نمونه‌های DCB با برازش پلی نامینال 6 درجه.

 

شکل (19) مقدار شکست کششی 5 که با استفاده از رگرسیون خطی با روند خط بر روی داده‌های موجود نشان می‌دهد.

 

 

شکل (19): قانون ناحيه چسبان دو خطی.

 

جدول (3) بیانگر مقدار نرخ انرژی بحرانی آزاد شده برای نمونه‌ها با درصد مختلف وزنی گرافن که از آزمون‌های DCB و ENF به‌دست‌آمده است. همان‌طور که از جدول مشهود است مقدار نرخ انرژی بحرانی با افزایش میزان گرافن افزایش پیدا می‌نماید. همچنین این جدول مقدار گسیختگی کششی را که در شبیه‌سازی عددی برای مدل‌سازی گسیختگی لایه چسب از آن استفاده گردیده است، نشان می‌دهد.

 

جدول­ (3): مقدار نرخ انرژی بحرانی رها شده برای نمونه‌ها با درصد مختلف وزنی نانوگرافن کاهش‌یافته.

گرافن کاهش‌یافته percent (%)	GIC (N/mm²)	GIIC (N/mm²)	Tripping traction
0	0.25 ± 0.04	2.61 ± 0.25	22.5/16.3
0.25	0.28 ± 0.05	2.95 ± 0.27	23.87/17.44
0.5	0.40 ± 0.04	4.50 ± 0.32	28.53/20.96
1	0.38 ± 0.07	4.6 ± 0.45	24.51/18.73

 

3-4- اعتبارسنجی نتایج FEM در برابر نتایج تجربی

نتایج مدل المان محدود با خروجی‌های تجربی مقایسه شد. پراکندگی بار شکست تجربی در مقایسه با خروجی‌های عددی در شکل (20) نشان داده شده است. طبق شکل (20) بارهای شکست پیش‌بینی شده با شبیه‌سازی FE در بیشتر موارد بیشتر از بارهای شکست تجربی بود. ناسازگاری بین خروجی‌های عددی و تجربی می‌تواند به دلیل هندسه، مواد و شرایط بارگذاری رخ دهد.

 

شکل (20): پراکندگی داده‌ها برای اوج بار شکست: الف) مد اصلي I، ب) مود مركب (30 درجه)، ج) مود مركب (60 درجه) و د) مد اصلي II.

 

3-5- اثرات نسبت وزنی مختلف گرافن

با توجه به نتایج شکل (21) بار اعمال شده نهایی با افزایش نسبت وزنی گرافن تا 5/0% افزایش یافت. افزایش نسبت وزن گرافن به 1% میزان بار شکست را بهبود نمی‌بخشد. به این معنی که بهترین عملکرد در برابر رفتار شکست برای نمونه‌هایی با 5/0% وزنی رخ داد؛ زیرا وقتی نوک ترک با نانو گرافن روبرو شد، انتشار ترک متوقف شد و این امر به علت پیوندهای الکترواستاتیک و کووالانسی صفحات نانو گرافن کاهش‌یافته با ترکیب چسب است که سبب تقویت پیوند مابین ترکیبات چسب گردیده است و با افزایش درصد وزنی گرافن از 5/0 درصد به 1 درصد، بار شکست را بهبود نمی‌بخشد و این پدیده می‌تواند ناشی از تراکم ذره‌های نانوگرافن کاهش‌یافته در مابین پیوندهای چسب با نانو گرافن باشد که نتوانسته‌اند با ترکیبات چسب پیوند ایجاد نمایند و همانند یک حفره، نابجایی و ناخالصی در داخل چسب باعث ایجاد تمرکز تنش شده است.

 

شکل (21): نتایج عددی و تجربي برای بار اعمال شده در مقابل درصدهای مختلف گرافن: الف) مد اصلي I، ب) مود مركب (30 درجه)، ج) مود مركب (60 درجه) و د) مد اصلي II.

 

3-6- اثرات اعمال حالت‌های مختلف بارگذاری

نتایج عددی و تجربي برای اوج بارهای اعمال شده نمونه‌ها با مواد چسبنده مختلف در شکل (22) نشان داده شده است. بار شکست با تغییر زاویه بارگذاری از مد اصلي I به زاویه بارگذاری مد اصلي II افزایش یافته است؛ بنابراین، حداکثر بار شکست برای زاویه بارگذاری مد اصلي II برای همه مواد چسبنده با نسبت وزنی متفاوت گرافن از جمله چسب خالص، 25/0% وزنی، 5/0% وزنی به دست آمد؛ و 1% وزنی جابجایی‌های عمودی نمونه‌ها در شکل 23 ارائه شده است.

 

شکل (22): نتایج عددی و تجربي برای اوج بارهای اعمال شده نمونه‌ها: الف) چسب خالص، ب) چسب / 25/0 درصد وزنی G، ج) چسب / 5/0 درصد وزنی G (60 درجه) و د) چسب / 1 درصد وزنی G.

شکل (23): جابجایی عرضی (mm) برای مشاهده انتشار ترک در نمونه‌های آزمایشی با مقیاس 1:25: الف) مد اصلي I، ب) مد مركب (30 درجه)، ج) مد مركب (60 درجه) و د) مد اصلي II.

 

4- نتيجه­گيري

در این پژوهش ابتدا تأثیر افزایش درصدهای مختلف وزنی نانو گرافن کاهش‌یافته بر خواص مکانیکی اتصالات چسبی پایه اپوکسی آرالدیت 2015 با آزمایش‌های عملی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مورفولوژی نمونه‌ها تصاویر TEM نشان سطوح خاکستری همگن برای چسب خالص نشان می‌دهد. با این حال، نوارهای تاریک ورق‌های گرافن با وضوح قابل‌توجه در عکس چسب- گرافن قابل‌مشاهده است. تصاویر SEM از سطوح شکسته نمونه چسب خالص و چسب- گرافن ارائه شده است. این تصاویر نشان می‌دهد که مخلوط کردن گرافن تا حد زیادی تغییر مورفولوژی فیلم چسب- گرافن همراه است. این تغییرات منجر به افزایش انرژی موردنیاز برای ایجاد یک سطح شکسته بزرگ‌تر در قطعات چسب-نانو گرافن شد. نتایج حاصل از آزمون‌های مکانیکی نشان داد که مدول یانگ با افزایش میزان با 5/0 درصد وزنی گرافن حدود 25 درصد افزایش می‌یابد. مقاومت نهایی نمونه حجمی با 5/0 درصد وزنی گرافن در مقایسه با چسب خالص حدود 30 درصد بالاتر بود و این امر به علت پیوندهای الکترواستاتیک و کووالانسی صفحات نانو گرافن کاهش‌یافته با ترکیب چسب است که سبب تقویت پیوند مابین ترکیبات لایه‌های چسب گردیده است و با افزایش درصد وزنی گرافن از 5/0 درصد به 1 درصد، استحکام نهایی کشش 13 درصد نسبت به نمونه 5/0 درصد کاهش می‌یابد و بار شکست را بهبود نمی‌بخشد و این پدیده می‌تواند ناشی از تراکم ذره‌های نانوگرافن در مابین پیوندهای چسب با نانو گرافن باشد که نتوانسته‌اند با ترکیبات چسب پیوند ایجاد نمایند و همانند یک حفره، نابجایی و ناخالصی در داخل چسب باعث ایجاد تمرکز تنش شده است.

نتایج حاصل از حل عددی به‌خوبی با بار شکست تجربی اتصال‌های تک لبه اندازه‌گیری شده مطابقت داشت. ازاین‌رو، می‌توان نتیجه گرفت که روش CZM با دقت بالای حدود 92 درصدی می‌تواند بار شکست نهایی اتصال تک لبه ارائه شده را پیش‌بینی کند که پارامترهای مدل به‌صورت تجربی با آزمایش DCB و ENF تشخیص داده شده است. برای تحقیقات تجربی، نیروی گسیختگی با تغییر حالت بارگذاری از مد اصلي I به مد مركب یا مد اصلي II افزایش یافت. بیشترین نیروی گسیختگی به میزان 3026 نیوتن برای شرایط مد اصلي II برای اتصال چسبی 5/0 درصد وزنی در مقایسه با سایر شرایط بارگذاری به دست آمد.

با توجه به نتایج تجربی، نیروی گسیختگی با افزودن گرافن تا 5/0% وزنی افزایش یافت. افزودن مقدار بیشتر گرافن از این حد باعث افزایش نیروی گسیختگی نشد؛ بنابراین بهترین کسر وزنی گرافن 5/0% است. شکاف‌های ناپیوسته مواد چسبنده با استفاده از مقدار کمی از نانو گرافن پر شد و انتشار ترک به دلیل ممانعت نانو ذرات گرافن کاهش‌یافته در مسیر انتشار ترک کاهش یافت. مقاومت چسب تقویت‌شده در برابر انتشار ترک برای همه حالت‌های بارگذاری و کاهش رشد ترک برای همه حالت‌های بارگذاری مشاهده شد.

 

5- مراجع

[1] A. Hassan Ejaz, E. U. Mubashar, A. Zaib, A. Nabeel & W. Saad, "An experimental and simulation study of RGO effects on mechanical behaviour of structural adhesive and lap shear joints strength", International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 126, pp. 103480, 2023.

 

[2] H. Khoramishad, M. Bagheri Tofighi & M. Khodaei, "Effect of Stacking Sequence on Low-Velocity Impact Behavior of Metal Laminates", Phys. Mesomech, vol. 21, no. 2, pp. 140–149, 2018.

 

[3] Z. Jiang, Z. Fang, L. Yan, S. Wan & Y. Fang, "Mixed-mode I/II fracture criteria for adhesively-bonded pultruded GFRP/steel joint", Compos. Struct, vol. 255, pp. 113012, 2021.

 

[4] M. Bagheri Tofighi & H. Biglari, "FEM Analyses of Low Velocity Impact Response of Sandwich Composites with Nanoreinforced Polypropylene Core and Aluminum Face Sheets", Phys. Mesomech, vol. 24, no. 1, pp. 107–116, 2021.

 

[5] R. Gholami, H. Khoramishad L. F. M. da Silva, "The Glass Fiber-Reinforced Polymer Nanocomposite Adhesive Joints Rein‐ forced with Aligned Carbon Nanofillers", Compos. Struct, vol. 253, pp. 112814, 2020.

 

[6] P. Zamani, A. Jaamialahmadi & L. F. M. da Silva, "The influence of GNP and nano-silica additives on fatigue life and crack initiation phase of Al-GFRP bonded lap joints subjected to four-point bending", Compos. B. Eng, vol. 207, pp. 108589, 2021.

 

[7] P. Jojibabu, Y. X. Zhang, A. N. Rider, J. Wang, R. Wuhrer & B. Gangadhara Prusty, "High-performance epoxy-based adhesives modified with functionalized graphene nanoplatelets and triblock copolymers", Int. J. Adhes. Adhes, vol. 98, pp. 102521, 2020.

 

[8] S. K. Gupta & D. K. Shukla, "Effect of stress rate on shear strength of aluminium alloy single lap joints bonded with epoxy/nanoalumina adhesives", Int. J. Adhes. Adhes, vol. 99, pp. 102587, 2020.

 

[9] Q. Rao, Z. Ouyang & X. Peng, "Enhancing mode I fracture toughness of adhesively bonded unidirectional composite joints using surfactant-stabilized multi-walled carbon nanotube and graphene nanoplate", Polym. Test, vol. 96, pp. 107110, 2021.

 

[10] J. P. A. Valente, R. D. S. G. Campilho, E. A. S. Marques, J. J. M. Machado & L. F. M. da Silva, "Adhesive joint analysis under tensile impact loads by cohesive zone modelling", Compos. Struct, 2019.

 

[11] S. Akpinar, "The strength of the adhesively bonded step-lap joints for different step numbers", Compos B Eng, vol. 67, pp. 170–178, 2014.

 

[12] E. Gavgali, R. Sahin &S. Akpinar, "An investigation of the fatigue performance of adhesively bonded step-lap joints: an experimental and numerical analysis", Int J Adhesion Adhes, vol. 104, pp. 102736, 2021.

 

[13] S. Bayramoglu, S. Akpinar & A. Çalık "Numerical analysis of elasto-plastic adhesively single step lap joints with cohesive zone models and its experimental verification", J Mech Sci Technol, vol. 35, pp. 641–649, 2021.

 

[14] S. Bayramoglu, K. Demir & S. Akpinar, "Investigation of internal step and metal part reinforcement on joint strength in the adhesively bonded joint: experimental and numerical analysis", Theor Appl Fract Mech, vol. 108, pp. 102613, 2020.

 

[15] H. Ejaz, H. Khan, F. Mazhar & IU. Haq, "An experimental and simulation study of various geometric modifications effects in single lap joint", Forces in Mechanics, vol. 9, pp. 100144, 2022.

 

[16] S. Akpinar, "Effects of different curvature patches on the strength of double-strap adhesive joints", J Adhes, vol. 89, no. 12, pp. 937–47, 2013.

 

[17] L. F. Da Silva, A. Ochsner & R. D. Adams, "Handbook of adhesion technology", Springer Science & Business Media, 2011.

 

[18] A. Hartwig, A. Lühring & J. Trautmann, "Spheroidal nanoparticles in epoxide-based adhesives", Macromol Mater Eng, vol. 294, no. 6-7, pp. 363–79, 2009.

 

[19] G. Gkikas, D. Sioulas, A. Lekatou, N. Barkoula & A. Paipetis, "Enhanced bonded aircraft repair using nano-modified adhesives", Materials & Design, vol. 41, pp. 394-402, 2012.

 

[20] J. Kim, B. S. Yim, J. M. Kim & J. Kim, "The effects of functionalized graphene nanosheets on the thermal and mechanical properties of epoxy composites for anisotropic conductive adhesives (ACAs)", Microelectronics Reliability, vol. 52, pp. 595-602, 2012.

 

[21] U. Khan, P. May, H. Porwal, K. Nawaz, J. N. Coleman, "Improved adhesive strength and toughness of polyvinyl acetate glue on addition of small quantities of graphene", ACS applied materials & interfaces, vol. 5, pp. 1423-1428, 2013.

 

 [22] ص. اسماعیلی، ت. احمدی، ح. ر. بخششی راد و ا. ع. نوربخش، "تأثیر افزودن اکسید گرافن بر رفتار خواص تریبولوژی پوشش‌های ایجاد شده روی آلیاژ منیزیم AZ31 به روش اکسیداسیون الکترولیتی پلاسما "، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 16، شماره 3، صفحه 29-41، پاییز 1401.

 

[23] س. ح. دانشمند، م. ذاکری، ع. محمد بیگی و ع. نظری، "تأثیر گرافن بر خواص مکانیکی نانوکامپوزیت مس/گرافن"، فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 141-148، تابستان 1394.

 

[24] L. Guadagno, M. Sarno, U. Vietri, M. Raimondo, C. Cirillo & P. Ciambelli, "Graphene-based structural adhesive to enhance adhesion performance", RSC Advances, vol. 5, pp. 27874-86, 2015.

 

[25] A. Silva Neto, D. T. L. D. Cruz & A. F. Ávila, "Nano-modified adhesive by graphene: the single lap-loint case", Materials Research, vol. 16, pp. 592-596, 2013.

 

[26] M. De Moura & A. M. G. Pinto, "Campilho R,Interlaminar fracture characterization of a carbo-epoxy composite in pure mode II", Materials Science Forum, January 2010.

 

6- پی­نوشت

 

[1] Jojibabu et al

[2] Gupta & Shukla

[3] Rao et al

[4] Da Silva

[5] Gkikas et al

[6] Guadagno et al

[7] Silva Netoet al

[8] De Moura & Pinto

 

 

برای ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید:

Please cite this article using:

Yadollah Bolghand, Tajbakhsh Navid Chakherlou, Hassan Biglari, Investigating the Effect of Reduced Nano Graphene on Adhesive Fracture Resistance under Mixed Mode Loading Conditions Using the Adhesive Zone Mode, New Process in Material Engineering, 2024, 18(3), 17-28.

 

 

 

---