تحلیل عددی و عملی انتشار ترک در مد ii اتصالات چسبی مواد مرکب با آلومینیم و تعمیم آزمایشات به اثرات نانو ذرات سیلیکا برمقاومت شکست چسب
Abstract
استفاده از مواد کامپوزیتی به طور قابل توجهی در صنایع مدرن از قبیل اتومبیل سازی، هوافضا و کشتی سازی در حال افزایش است. یکی از مزایای اتصالات چسبی امکان ایجاد اتصال بین مواد غیر مشابه مانند مواد مرکب به فلزات می باشد. ارزیابی و بررسی مشخصات شکست اتصالات چسبی برای رسیدن به حالت اطمینان طراحی از اهمیت زیادی برخوردار است. چسب ها و رزین های اپوکسی، به علت خواص قابل اطمینان مکانیکی از قبیل مقاومت و مدول الاستیسیته بالا، خزش کم و عملکرد مناسب در دمای بالا، به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها و کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار می گیرند. اما یک خاصیت نامطلوب آن ها مقاومت ضعیف آن ها در برابر رشد ترک است. بنابراین در طول دهه گذشته تلاش های زیادی جهت بهبود مقاومت شکست اپوکسی ها به وسیله افزودن نانو ذراتی از قبیل نانو ذرات لاستیکی، نانو خاک رس، نانو لوله های کربنی، نا نو سیلیکا و ... صورت گرفته است . هدف پژوهش حاضر بررسی رفتار شکست اتصالات چسبی کامپوزیت به آلومینیم در مد دوم بارگذاری و اثرات نانو ذرات سیلیکا بر انرژی شکست این اتصال می باشد. بدین منظور با ساخت نمونه های کامپوزیتی و اتصال آن ها با چسب اپوکسی خالص به آلومینیم و انجام آزمایش enf بر روی آن، نمودارهای نیرو- جابجایی برای نمونه هایی با طول ترک های متفاوت بدست آمد. با در اختیار داشتن داده های تجربی، مقدار نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی بحرانی را با استفاده از نظریه های موجود در منابع که در همین پژوهش ارائه شده است محاسبه شد. برای شبیه سازی آزمایش های فوق از یک مدل اجزای محدود سه بعدی با استفاده از روش czm در نرم افزار abaqus استفاده شده تا بتوان از نتایج بدست آمده در تفسیر بهتر فرآیند شکست و مقایسه با نتایج تجربی استفاده کرد. در این پژوهش نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی و نتایج تجربی در سازگاری خوبی با یکدیگر هستند و مقادیر خطای روش عددی در بسیاری از موارد اندک است. برای مشاهده ی اثرات نانو ذرات سیلیکا بر انرژی شکست چسب ،قطعات کامپوزیتی و آلومینیمی را با چسب های تقویت شده با درصدهای وزنی مختلف نانو سیلیکا در یک طول ترک مشابه متصل کرده و با انجام آزمایش enf بر روی آن ها نمودار نیرو- جابجایی را ثبت نمودیم. با استفاده از روش تئوری ساده(sbt) برای اتصلات چسبی دو قطعه با جنس متفاوت که در منابع موجود است، نرخ آزاد سازی انرژی کرنشی بحرانی را برای نمونه های چسب تقویت شده با درصدهای وزنی مختلف نانوسیلیکا به دست آورده و آن را با نمونه ی چسب خالص مقایسه کردیم. نتایج نشان می دهد که با افزایش درصد وزنی نانو سیلیکا مقدار انرژی شکست نیز افزایش می یابد. در نهایت از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) جهت بررسی مشخصات سطوح شکست و نتایج بدست آمده در حالت چسب خالص و چسب تقویت شده با نانو ذرات سیلیکا استفاده شده است.