بهبود استحکام اتصال لبه‌ای کامپوزیت-فولاد با درجه‌بندی ناحیه اتصال به‌وسیله الیاف کربن و شیشه و همچنین ایجاد درگیری مکانیکی به‌روش پله معکوس

Abstract

با توجه به ترکیبات فیزیکی و خواص مکانیکی متفاوت فلزات و کامپوزیت‌ها، اتصال کارآمد آن‌ها یکی از چالش‌های مهم در صنایع مختلف به‌شمار می‌رود. شکست در اتصالات چسبی معمولاً نتیجه‌ی توزیع غیریکنواخت تنش و کرنش است که با مقادیر بیشینه نزدیک دو انتهای هم‌پوشانی مشاهده می‌شود. در این مطالعه از الیاف کربن به‌عنوان المان تقویتی در لایه چسب استفاده شده و جهت بهبود توزیع تنش از درجه‌بندی خواص در طول هم‌پوشانی به‌صورت متقارن و به‌وسیله الیاف کربن و شیشه استفاده می‌شود. همچنین با استفاده از یک روش جدید، تاثیر وجود پله معکوس در استحکام اتصال بررسی شده است. علاوه بر این، مدل‌سازی المان محدود برای بیان نحوه توزیع تنش برشی و پوسته‌کنی در لایه چسب و همچنین تحلیل دلایل افزایش استحکام اتصال در نمونه‌های پله‌دار به‌کار گرفته می‌شود. استفاده از کربن در سطح مشترک اتصال، درجه‌بندی ناحیه پیوند با استفاده از کربن و همچنین ایجاد درگیری مکانیکی به‌وسیله‌ی پله معکوس، تاثیرات مثبتی بر استحکام اتصال دارند. به‌طوریکه با درجه‌بندی ناحیه هم‌پوشانی به‌وسیله کربن و شیشه، توزیع تنش برشی و پوسته‌کنی یکنواخت‌تر شده و بار و جابجایی شکست نسبت به نمونه مرجع که دارای استحکام برشی 1.92 کیلونیوتن است، 34% افزایش یافته است. ایجاد پله معکوس در چسبنده‌ها موجب تغییر مود شکست می‌شود. به‌طوریکه وجود یک پله، 40% و قرارگیری کربن در فصل مشترک آن، 112% استحکام را افزایش داده است. اما بیشترین افزایش استحکام و جابجایی شکست با استفاده از دو پله معکوس و همچنین الیاف کربن در فصل مشترک دو چسبنده، به میزان قابل توجه 172% به‌دست آمده است.