Numerical investigation of the effect of the overlap end angle change on the joint strength in simple overlap bonding joints

Abstract

In adhesive bonded joints, it is recommended to design the bonding region, which is the critical zone, so that the shear stress acts. In general, the peel stresses in the adhesive joints are primarily effective in causing failure. In simple overlap joints with tensile load applied, peel stresses occur in the overlap ends by the effect of rotation. When designing simple overlap joints, it is important to design so as to minimize the effect of peel stress. In this study, in order to investigate the effect of designing the overlapping ends of the bonded materials at different angles on the joint strength, simple overlap connection models with six different tip angles (90° , 75° , 60° , 45° , 30° and 15°) were created in Ansys finite element analysis program and nonlinear stress and failure analysis was performed under the applied tensile load of the joints. As a result of the analysis, it was seen that the bond strength increased in angled models compared to the reference model (90° end angle model). According to the reference model, a strength increase of 29.1% was detected in the 15° end angle model.

Keywords

• Adhesive joint,Finite element analysis,Failure analysis,peeling stress

BASİT BİNDİRMELİ YAPIŞTIRMA BAĞLANTILARINDA BİNDİRME BÖLGESİ UÇ AÇI DEĞİŞİMİNİN BAĞLANTI MUKAVEMETİNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Yapıştırma bağlantılı tasarımlarda, kritik bölge olan yapıştırıcı bölgesine kayma gerilmesi etki edecek şekilde tasarım yapılması bağlantı mukavemeti açısından tavsiye edilmektedir. Genel olarak, yapıştırma bağlantılarında soyulma gerilmeleri hasarın oluşmasında birinci derecede etkili olmaktadır. Çekme yükü uygulanmış basit bindirmeli bağlantılarda, bindirme uçlarında dönme etkisiyle soyulma gerilmeleri oluşmaktadır. Basit bindirmeli bağlantıların tasarımı yapılırken soyulma gerilmesinin etkisini en aza indirecek şekilde tasarım yapmak bağlantı mukavemetini arttırmak açısından önemlidir. Yapılan bu çalışmada, yapıştırılan malzemelere ait bindirme uçlarını farklı açılarda tasarlamanın bağlantı mukavemetine etkisini araştırmak amacıyla altı farklı uç açılı (90° , 75° , 60° , 45°, 30° ve 15°) basit bindirme bağlantı modelleri bir sonlu elemanlar analiz programı olan Ansys’de oluşturulmuş ve bağlantıların uygulanan çekme yükü altında lineer olmayan gerilme ve hasar analizi yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda referans modele göre (90° uç açılı model), açılı modellerde bağlantı mukavemetinde artış görülmüştür. Referans modele göre, 15° uç açılı modelde %29,1 oranında bir mukavemet artışı tespit edilmiştir.

Keywords

• Yapıştırma bağlantısı,Sonlu elemanlar analzi,Hasar analizi,Soyulma gerilmesi

References

1. 1. Akpınar, S. (2014) The strength of the adhesively bonded step-lap joints for different step Numbers, Composites Part B, 67, 170–178. doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.06.023
2. 2. ANSYS, The general purpose finite element software (ANSYS 19 R3) Swanson Analysis Systems, Inc., Houston, Texas.
3. 3. Aydın, M.D. (2003) Yapıştırıcı ile birleştirilmiş tek eksenli bindirme bağlantısının mekanik özelliklerinin deneysel ve teorik incelenmesi, Doktora Tezi, Erzurum.
4. 4. Aydın, M.D., Akpınar, S., Özel, A., Erdoğan, S. (2015) Kayma yüküne maruz yapıştırma bağlantılarından yapısal yapıştırıcıların mekanik özelliklerinin belirlenmesi, Mühendis ve Makine, 56(668), 48-55.
5. 5. Banea, M.D., Rosioara, M., Carbas, R.J.C., da Silva, L.F.M. (2018) Multi-material adhesive joints for automotive industry, Composites Part B, 151, 71–77. doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.06.009
6. 6. Çalık, A. (2016), Effect of adherend shape on stress concentration reduction of adhesively bonded single lap joint, Engineering Review, 36, 29-34. doi.org/10.12989/acd.2018.3.2.133
7. 7. Hasheminia, S.M., Park, B.C., Chun, H.J., Park, J.C., Chang, H.S. (2019), Failure mechanism of bonded joints with similar and dissimilar material, Composites Part B, 161, 702–709. doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.11.016
8. 8. https://ansyshelp.ansys.com, Erişim Tarihi: 16.01.2020, Konu: Solid 186 Element.

9. 9. Jairaja, R., Naik, G.N., (2019). Single and dual adhesive bond strength analysis of single lap joint between dissimilar adherends. International Journal of Adhesion and Adhesives, 92, 142–153. doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.04.016
10. 10. Kırkayak, L. (2019), Yapıştırma bağlantılı kompozitlerde yapıştırma geometrisinin gerilme dağılımına etkisi, Pamukkale Üniv Muh Bilim Derg, 25(1), 27-33.
11. 11. Kossakowski, P.G., Wcislik, W. (2018), Numerical simulation of material damage for structural steels S235JR and S355J2G3, Advances in Computational Design, 3(2), 133-146.
12. 12. Malag, L., Kukielka, L. (2007), Hybrid method to determinate the states of deformation and stress in material during the tensile test, Proc. Appl. Math. Mech. 7, 2090025–2090026. DOI 10.1002/pamm.200701099
13. 13. Ozel, A., Yazıcı, B., Akpinar, S., Aydin, M.D., Temiz, Ş. (2014), A study on the strength of adhesively bonded joints with different adherends, Composites Part B, 62, 167-174. doi.org/10.1016/j.compositesb.2014.03.001
14. 14. Pinto, A.M.G., Ribeiro, N.F.Q.R., Campilho, R.S.D.G., Mendes, I.R. (2014), Effect of Adherend Recessing on the Tensile Strength of Single Lap Joints, The Journal of Adhesion, 90, 649–666. doi.org/10.1080/00218464.2013.766132
15. 15. Redya, N.S., Jinaga, U.K., Charukua, B.R., Penumakala, P.K., Prasad, A.V.S. (2019), Failure analysis of AA8011-pultruded GFRP adhesively bonded similar and dissimilar joints, International Journal of Adhesion and Adhesives 90, 97–105. doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.02.004
16. 16. Solmaz M.Y, Turgut A. (2011), An experimental and numerical study on the effects of taper angles and overlap length on the failure and stress distribution of adhesivelybonded single lap joints, Math Comput Appl, 16, 159–70. doi.org/10.3390/mca16010159
17. 17. Solmaz, M.Y. (2008), Yapıştırıcı ile birleştirilmiş bağlantıların mekanik analiz ve tasarımları, Doktora Tezi, Elazığ.
18. 18. Şekercioğlu, T. (2018), Makine Elemanları Hesap Şekillendirme, Birsen yayın evi, 96-97.
19. 19. Temiz Ş, Özel A, Aydın M.D. (2005), The effect of adherend thickness on the failure of adhesively bonded single lap joints, J Adhes Sci Technol, 19(8), 705–18. doi.org/10.1163/1568561054890499