بررسي اثر آماده‌سازي سطحي و روش پخت بر ظرفيت تحمل بار و عمر خستگي اتصالات لبه‌اي چسبي

The effects of surface preparation and curing procedures on load carrying capacity and fatigue life of adhesively bonded lap joints

اتصالات چسبي با امكان اتصال مواد غير هم‌جنس، در صنايع خودروسازي، هوايي و توربين بادي كاربرد گسترده‌اي پيدا كرده‌اند. شناسايي عوامل مؤثر بر بهبود ظرفيت تحمل بار و عمر اين اتصالات، كيفيت چسبندگي سطوح و انتخاب روش مناسب، حائز اهميت است. در اين مقاله، اثر دو عامل آماده‌سازي سطحي و سه روش پخت بر بارگذاري شبه‌استاتيك و عمر خستگي اتصالات لبه‌اي چسبي فلزي، فلزي-كامپوزيتي و كامپوزيتي تحت بارگذاري خمش چهار نقطه‌اي بررسي شده است. در آماده‌سازي سطحي، روش-هاي مكانيكي سنباده‌زني و شيميايي زبري‌سازي با محلول اسيد سولفوريك-دي‌كرومات سديم انتخاب شده‌اند، و روش‌هاي پخت بدون پسا-پخت، پسا-پخت با سرد كردن تدريجي، و پسا-پخت با سرد كردن سريع بررسي شدند. نتايج نشان دادند كه در شرايط آماده‌سازي يكسان، نيروي بيشينه شبه‌استاتيك در اتصال فلز-كامپوزيتي و كمينه آن در اتصال فلزي است. در روش آماده‌سازي مكانيكي، ميزان نيروي ‌شبه‌استاتيك و عمر خستگي نسبت به روش شيميايي افزايش يافته و هم‌چنين در مورد اثر آماده‌سازي سطح در شرايط پخت مختلف بحث شده است. به‌علاوه، نيروي بيشينه شبه‌استاتيك در اتصال فلز-كامپوزيتي وابستگي كم‌تري به سرد كردن پس از پسا-پخت نسبت به اتصال فلزي داشته و در اتصال كامپوزيتي كاملاً به روش پخت وابسته است. سرد كردن تدريجي پس از پسا-پخت عمر خستگي اتصالات فلز-كامپوزيتي را بهبود مي‌بخشد و نيروي بيشينه شبه‌استاتيك و عمر خستگي در اتصال فلز-كامپوزيتي نسبت به ساير اتصالات بيشتر هستند. با بررسي سطوح واماندگي مشاهده شد كه با اعمال پسا-پخت براي اتصال فلز-كامپوزيتي، وضعيت واماندگي به نوع واماندگي در چسب تبديل شده و اين بهبود مي‌تواند در ترميم اتصال مفيد باشد.

Bonded joints are widely used in industries such as automotive, wind turbine blade, and aircraft because of their ability to adhere dissimilar materials. It is significant to study manufacturing factors such as surface preparation and curing procedures in order to improve load carrying capacity and durability of the joint. In this paper, the influences of these procedures are investigated on the strength of metal-to-metal, metal-to-composite, and composite-to-composite bonded lap joints subjected to quasi-static and fatigue four-point bending tests. Sandpapering and acid-etching are selected as mechanical and chemical surface preparation methods, and three curing procedures of no post-cure, post-curing with gradual, and sudden cooling are applied. Results showed that, for similar conditions, metal-to-composite and metallic joints achieved the highest and lowest values of maximum quasi-static loads, respectively. Besides, for all joints types, mechanical surface preparation method achieved higher maximum quasi-static load and fatigue life in compare to chemical one. Maximum quasi-static load in the metal-to-composite joint showed less dependency to gradual cooling than with metallic one, and in the composite joint depends strongly to curing procedure. It is also revealed that fatigue life of the metal-to-composite joints improved for gradual cooling after post-curing. Finally, it is concluded that the metal-to-composite joints have superior quasi-static and fatigue behavior in compare with others, and the mechanical surface treatment and second curing procedure are suitable. Microscopic observations of failure surfaces showed that the metal-to-composite joints led to the cohesive failure mode which is appropriate for future repairing purposes of a bonded joint.