بررسی تجربی، عددی و تحلیلی استحکام سیستم اتصال فلز-کامپوزیت به روش "کامِلد"

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

محمد معین سیف ¹ (دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی ، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران.)
خداداد واحدی ² (دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران.)
عرفان قیاسی ³ (کارشناسی ارشد، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.)
روح اله حسینی ⁴ (عضو هیات علمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران.)

Received: 2016-07-05 Accepted : 2017-01-27 Published : 2016-10-22

Keywords: استحکام کششی, کامپوزیت, اتصال, فلز, کاملد,

Abstract :

“ کاملد" یک روش نوین برای ایجاد اتصال مؤثر میان انواع کامپوزیت و فلزات با ایجاد آرایشی از پین‌ها یا برآمدگی‌ها بر روی قطعه فلزی و لایه چینی کامپوزیت بر روی این برآمدگی‌ها به‌منظور ایجاد یک اتصال چسبی و درعین‌حال درگیر است. هدف از این مقاله بررسی عددی و تجربی استحکام کششی اتصال ترکیبی فلز و کامپوزیت بانام کاملد و مقایسه استحکام آن بااتصال مرسوم چسبی و همچنین بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت بعد از فرآیند کاملد و مقایسه آن با سختی کامپوزیت در حالت عادی است. تست تجربی با ساخت 21 نمونه از اتصال کاملد و غیر کاملد با هندسه متفاوت پین که تحت بار کششی خالص قرار گرفتند، انجام گرفت. در بررسی عددی، شبیه‌سازی سه‌بعدی با مدل‌سازی رفتار چسب با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام شد. بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت نیز شامل کد نویسی روابط تعمیم داده‌شده برای دو هندسه استوانه‌ای و مخروطیِ پین در "متلب" و استخراج نتایج از آن بود. نتایج تست تجربی نشان‌دهنده استحکام کششی بالاتر اتصال کاملد نسبت به اتصال چسبی و همچنین تطابق مطلوب این نتایج با نتایج شبیه‌سازی عددی است. نتایج عددی حاصل‌شده از بررسی تحلیلی سختی کامپوزیت در حالت کاملد نیز نمایانگر قابلیت بالای فرآیند کاملد در بهبود مشخصات الاستیک چندلایه کامپوزیتی درگیر در یک اتصال با فلز است. درنهایت این بررسی‌ها نشان از پتانسیل بالای اتصال کاملد در بهبود کیفیت و کارایی اتصال بین انواع فلز و کامپوزیت‌هاست

References:

[1]         H. Zhang, W. Wen, and H. Cui, “Study on the strength prediction model of Comeld composites joints,” Compos. Part B Eng., vol. 43, no. 8, pp. 3310–3317, Dec. 2012.

[2]         E. Nwankwo, “Dynamic Behaviour of Blast Loaded Hybrid Structural Systems,” no. March, 2014.

[3]         J. Khodorkovsky and V. Shkolnikov, “Advanced Hybrid Joining Technology Phase I STTR Results,” vol. 25, no. 3, 2009.

[4]         V. Di Giandomenico, “Surface structured bonded composite-metal joint,” Igarss 2014, no. 1, pp. 1–5, 2014.

[5]         D. E. Rick Martin, “Reducing Costs in Aircraft: The Metals Affordability Initiative Consortium,” JOM, 52 (2000), pp. 24-28, 2000.

[6]         W. Tu, “Comeld TM Joints : Optimisation of Geometric Parameters of the Protrusions By,” 2011.

[7]         W. Tu, P. H. Wen, P. J. Hogg, and F. J. Guild, “Optimisation of the protrusion geometry in Comeld^TM joints,” Compos. Sci. Technol., vol. 71, pp. 868–876, 2011.

[8]         D. P. Graham, a. Rezai, D. Baker, P. a. Smith, and J. F. Watts, “The development and scalability of a high strength, damage tolerant, hybrid joining scheme for composite–metal structures,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 64, pp. 11–24, Sep. 2014.

[9]         F. Smith, “An innovation in composite to metal joining,” 2004. [Online]. Available: http://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/comeld-an-innovation-in-composite-to-metal-joining/. [Accessed: 21-Jan-2015].

[10]       W. Xiong, B. Blackman, J. P. Dear, and X. Wang, “The effect of composite orientation on the mechanical properties of hybrid joints strengthened by surfi-sculpt,” Compos. Struct., 2015.

[11]       I. Heatsculptor.eu, “Manufacture of complex surfaces for heat exchange,” 2013.

[12]       P. N. Parkes, R. Butler, J. Meyer, and a. de Oliveira, “Static strength of metal-composite joints with penetrative reinforcement,” Compos. Struct., vol. 118, pp. 250–256, Dec. 2014.

[13]       I. Custompart, “3D Printing,CustomPart,” Nature, 2008.

[14]       S. Ucsnik, M. Scheerer, S. Zaremba, and D. H. Pahr, “Experimental investigation of a novel hybrid metal–composite joining technology,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 41, no. 3, pp. 369–374, Mar. 2010.

[15]       I. SMENCO, “Aluminium Welding,” pp. 1–13, 2014.

[16]       D. Redaktion, “Attachment of Single Contact Parts,” Percuss. Weld., vol. 68, pp. 121–132, 2014.

[17]       N. Li, P. H. Chen, X. Y. Liu, W. Ma, and X. C. Wang, “A micro-macro finite element model for failure prediction of ComeldTM joints,” Compos. Sci. Technol., vol. 117, pp. 334–341, 2015.

[18]       C. G. Pickin, S. W. Williams, and M. Lunt, “Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding,” J. Mater. Process. Technol., vol. 211, no. 3, pp. 496–502, 2011.

[19]       X. Wang, J. Ahn, Q. Bai, W. Lu, and J. Lin, “Effect of forming parameters on electron beam Surfi-Sculpt protrusion for Ti–6Al–4V,” Mater. Des., vol. 76, pp. 202–206, 2015.

[20]       D. P. Graham, a. Rezai, D. Baker, P. a. Smith, and J. F. Watts, “The development and scalability of a high strength, damage tolerant, hybrid joining scheme for composite-metal structures,” Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., vol. 64, pp. 11–24, 2014.

[21]       A. K. Kaw and F. Group, Mechanics of Composite Materials. 2006.

[22]       Astm D 5868, “Standard Test Method for Lap Shear Adhesion for Fiber Reinforced Plastic ( FRP ) Bonding,” Standards, vol. 01, no. Reapproved 2014, pp. 1–2, 2001.