Dört Nokta Eğme Yüküne Maruz Yapıştırma Bağlantılarında İç Kademenin Bağlantı Hasar Yüküne Etkisi: Deneysel ve Sayısal Analiz

Abstract

Havacılık, uzay ve otomotiv sektörlerinde kullanılan kompozit veya farklı tür malzemelerin birleştirilmesinde büyük avantajlarından dolayı sıklıkla tercih edilen birleştirme yöntemlerinden biri yapıştırıcıyla birleştirme yöntemidir. Yapıştırıcıyla birleştirme yönteminde sıklıkla kullanılan bağlantı tipi ise tek tesirli bindirme bağlantı tipidir. Tek tesirli bindirme bağlantısının hasar yükünü artırmak için kullanılan yöntemlerden biri bindirme bölgesinin geometrik yapısının değiştirilmesidir. Sunulan çalışmada farklı iç kademe uzunluklarına sahip tek tesirli bindirme bağlantıların dört nokta eğme yükü altında mekanik özellikleri deneysel ve nümerik olarak incelenmiştir. Deneysel çalışmada yapıştırılan malzeme olarak sıklıkla havacılık ve otomotiv endüstrilerinde kullanılan AA2024-T3 alüminyum alaşımı ve yapıştırıcı olarak ise çift bileşenli DP460 yapısal yapıştırıcı kullanılmıştır. Sonuç olarak, tek tesirli bindirme bağlantıların bindirme bölgesinde iç kademe yapılması bağlantıda oluşan çatlağın ilerlemesini engellediğinden dolayı, bağlantının eğme yükünü artırmaktadır. Ayrıca bağlantının eğme yükündeki artış oranı bindirme bölgesinin uç kısımlarındaki iç kademe uzunluğuna göre değişmektedir. Sonlu elemanlar analiz çalışmasında yapıştırıcı tabakası cohesive zone model (CZM) ile modellenmesi, deneysel ve sonlu elemanlar analiz sonuçlarının birbiriyle oldukça uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Yapıştırma bağlantı
• Bağlantı tasarımı
• iç kademeli bindirme bağlantı
• Eğilme momenti

The Effect of Internal Step on Joint Damage Load in Adhesive Joints Subject to Four Point Bending Load: Experimental and Numerical Analysis

Abstract

Adhesive bonding is one of the most preferred joining methods due to its great advantages in joining composite or different types of materials used in the aerospace and automotive industries. The type of joint that is frequently used in the adhesive bonding method is the single-acting overlap joint type. One of the methods used to increase the damage load of the single-acting lap joint is to change the geometric structure of the bond lap region. The mechanical characteristics of single-step lap joints with varied internal step lengths were studied experimentally and numerically under four-point bending force in this work. In the experimental study, AA2024-T3 aluminum alloy, which is often used in the aerospace and automotive industries, and double-component DP460 structural adhesive was used as the adhesive. As a result, internal staggering of single-step lap joints increases the bending load of the joint, since it prevents the propagation of crack formed in the joint. In addition, the rate of increase in the bending load of the connection varies according to the length of the inner stage at the ends of the overlap zone. In the numerical analysis study, it was concluded that the adhesive layer was modeled with the cohesive zone model (CZM), and the experimental and finite element analysis data were quite compatible with each other.

Keywords

• Adhesively bonded joint
• Joint design
• Internal step-lap joint
• Bending moment

References

1. Akpinar, S. The strength of the adhesively bonded step-lap joints for different step numbers, Composites Part B: Engineering 2014; 67: 170–178.
2. Akpinar, S., Doru, MO., Özel, A., Aydin, MD., Jahanpasand, HG. The effect of the spew fillet on an adhesively bonded single-lap joint subjected to bending moment, Composites Part B: Engineering 2013; 55: 55–64.
3. Bayramoglu, S., Akpinar, S., Çalık, A. Numerical analysis of elasto-plastic adhesively single step lap joints with cohesive zone models and its experimental verification. Journal of Mechanical Science and Technology 2021; 35(2): 641–649.
4. Beigrezaee, MJ., Ayatollahi, MR., Bahrami, B., da Silva, LFM. A new geometry for improving the strength of single lap joints using adherend notching technique, The Journal of Adhesion 2020; 00(00), 1–20.
5. Çalık, A., Akpinar, S. Effect of Extensometer Usage on Obtaining the Force-Displacement Curve of the Adhesively Single Lap Joint, European Mechanical Science 2019; 3(4): 142–146.
6. Durmuş, M., Akpinar, S. The experimental and numerical analysis of the adhesively bonded three-step-lap joints with different step lengths. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 2020; 105(October 2019): doi:10.1016/j.tafmec.2019.102427
7. Gavgali, E., Sahin, R., Akpinar, S. An investigation of the fatigue performance of adhesively bonded step-lap joints: An experimental and numerical analysis, International Journal of Adhesion and Adhesives 2021; 104(June 2020): 102736.
8. Grant, LDR., Adams, RD., da Silva, LFM. Experimental and numerical analysis of single-lap joints for the automotive industry, International Journal of Adhesion and Adhesives 2009; 29(4): 405–413.

9. ISO 10365. Adhesives- Designation of main failure patterns 1992.
10. Kanar, B., Akpinar, S., Avinc Akpinar, I., Akbulut, H., Ozel, A. The fracture behaviour of nanostructure added adhesives under ambient temperature and thermal cyclic conditions. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 2018; 97: 120–130.
11. Kazaz, I., Akpinar, S., Ozel, A. The effects of thermal cycle and nanostructure reinforcement on the shear load in adhesively bonded joints. Mechanics of Advanced Materials and Structures 2020; 27(19): 1627–1638.
12. Mubashar, A., Ashcroft, IA., Critchlow, GW., Crocombe, AD. Strength prediction of adhesive joints after cyclic moisture conditioning using a cohesive zone model. Engineering Fracture Mechanics 2011; 78(16): 2746–2760.
13. Ozel, A., Kadioglu, F., Sen, S., Sadeler, R. Finite element analysis of adhesive joints in four-point bending load. Journal of Adhesion 2003; 79(7): 683–697.
14. Sülü, İY. Mechanical behavior of composite parts adhesively jointed with the insert double-lap joint under tensile load, Welding in the World 2018; 62(2): 403–413.
15. Temiz, Ş., Adin, H., Sülü, IY.Behaviour of Bi-Adhesive in Double-Strap Joint with Embedded Patch Subjected to Bending, Journal of Theoretical and Applied Mechanics 2015; 45(3): 83–96.
16. Zielecki, K., Witek, L., Stachowicz, F. Influence of plastic deformation of adherend material on stress distribution in adhesive lap joints, Acta Metallurgica Slovaca 2017; 23(4): 304–312.