شبيه‌سازي و بهبود استحكام و عمر خستگي اتصال چسبي تك لبه‌اي با بكارگيري مدل ناحيه چسبناك تضعيف ‌شونده چرخه‌اي

Simulation and strength and fatigue life improvement of adhesively bonded single lap joint using cohesive zone model with cyclic degrading

اين پژوهش قصد دارد تا استحكام و سفتي استاتيكي و عمر خستگي اتصال چسبي تك لبه‌اي را با استفاده از مدل ناحيه چسبناك، تحت شرايط هندسي مختلف مورد ارزيابي قرار دهد. براي اين منظور در شبيه‌سازي لايه چسب از مدل ناحيه چسبناك دو خطي بهره برده شده به نحوي كه طي بارگذاري مود تركيبي رفتار شكست چسب در مود III با رفتار شكست آن در مود II يكسان در نظر گرفته شده است. در ادامه، براي مدل‌سازي آسيبِ خستگي از زير روال‌نويسيِ يو. اس. دي. اف. ال. دي. جهت شبيه‌سازي آسيب خستگي در لايه چسب در نرم افزار آباكوس استفاده گرديده است. به منظور اعتبارسنجي شبيه‌سازي، نتايج عددي استحكام و سفتي استاتيكي و همچنين عمر خستگي با نتايج تجربي موجود در مراجع صحه‌گذاري شده و درنهايت اين پژوهش به بررسي اثر پارامترهاي طول ناحيه هم‌پوشاني، ضخامت چسبنده‌ها و پَخ‌ دار كردن چسبنده‌ها در ناحيه هم‌پوشاني پرداخته است. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش طول ناحيه هم‌پوشاني سبب افزايش استحكام استاتيكي و عمر خستگي اتصال مي‌گردد. همچنين افزايش ضخامت چسبنده‌ها با اينكه عمر خستگي اتصال را افزايش مي‌دهد اما به جهت تغيير در مودهاي بارگذاري، با استحكام استاتيكي رابطه مستقيم ندارد. پَخ دار كردن چسبنده‌ها نيز به واسطه چرخش سازگارتر ناحيه اتصال، تاثير مثبتي بر افزايش استحكام و عمر خستگي از خود بر جاي مي‌گذارد. بنابراين در طراحي يك اتصال تك لبه‌اي، بهره بردن از طول ناحيه هم‌پوشاني و ضخامت بيشتر در كنار استفاده از تكنيك پَخ زنيِ چسبنده‌ها مي‌تواند استحكام و عمر خستگي آن را تا بيشترين حد ارتقا دهد.

In this paper, the static stiffness and strength as well as fatigue life of adhesively bonded single lap joint (SLJ) are numerically studied using the cohesive zone model (CZM). In order to simulation of the SLJ using mixedmode bilinear CZM, the failure behavior of adhesive in modes II and III is considered the same. Fatigue damage propagation is simulated through scripting USDFLD Subroutine in ABAQUS/Standard. Static stiffness and strength and fatigue life obtained in this study are consistent with experimental results available in literature. Then, the effect of geometric parameters including overlap length, substrate thickness, and tapered substrates are investigated. The obtained results reveal that the increase of the overlap length would lead to increase the static strength and fatigue life prediction. While increasing substrate thickness results improved fatigue life, there are no a known relation between the static strength and substrate thickness due to the changes of the loading modes. Tapered substrates have also positive effect on the strength and fatigue life because of more compatible rotations. Therefore, to improve the strength and fatigue life of a SLJ, authors suggest greater overlap length and thickness along with tapered substrates.