Publication: Application of mechanical and hybrid connection types of carbon fiber reinforced polymer composites
Abstract
Bu çalışmada, CFRP-CFRP ve CFRP-Al 7075-T651 plakları birleştirmede kullanılacak bağlantıların çekme kuvveti karşısında dayanımını geliştirebilecek kompozisyonlar araştırılmıştır. Çoklu perçin bağlantılarına alternatif olarak perçinli/yapıştırıcılı bağlantılar geliştirilmiştir. CFRP kompozit laminat, elle yatırma yöntemi ve vakumlu torbalama yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Kompozitler tek bindirmeli bağlantılarının birleştirme yöntemini geliştirmek için farklı birleştirme yöntemleri uygulanmıştır. Bindirme uzunluğuna göre malzeme ve bağlantı tipi incelenmiştir. Malzemelere ilişkin olarak CFRP-CFRP ve CFRP-Al 7075-T651 eşlenikli bağlantılar üretilmiştir. Birleşim türleri için perçinli ve perçinli/yapıştırıcılı tek bindirmeli birleşimler birleştirilmiştir. Numuneler 25 mm ve 60 mm'lik farklı bindirme uzunluklarında yapılmıştır. Birleştirilen numuneler çekme yüklemesine tabi tutulmuş ve 25 ve 60 mm bindirme uzunluklarına sahip perçinli ve perçinli/yapıştırmalı CFRP-CFRP ve CFRP-AL 7075-T651 numuneleri karşılaştırarak yük taşıma kapasitesi araştırılmıştır. Perçinli tek bindirmeli bağlantı verimliliği malzeme yönünden incelendiğinde CFRP-CFRP bağlantıları CFRP-Al 7075-T651 bağlantılarına kıyasla daha yüksek dayanım elde etmiştir. Bindirme bölgesindeki perçinlerden çekme yönü tarafında bulunanlar, daha fazla stres biriktirmiştir. Perçinli yapıştırıcılı hibrit bağlantılar incelendiğinde yapıştırılan yüzey malzemeleri ve yapıştırıcı arasındaki uyumluluğun kritik bir öneme sahiptir. Epoksi yapıştırıcı ile uyumlu CFRP-CFRP bağlantılara eklenen perçin stresi yapıştırıcı ve perçinler arasında paylaştırmış ve bağlantı dayanımını yüksek ölçüde arttırmıştır. Hibrit bağlantılarda yapıştırıcı ile uyuma bağlı olarak uzun bindirme mesafesine sahip bağlantıların, kısa bindirme mesafesili bağlantılara kıyasla çekme yüküne karşı en yüksek dirence sahip olduğu kanıtlanmıştır. Hibrit bağlatılı CFRP-Al 7075-T651 numunelerinde, epoksi ve AL 7075-T651 arasındaki yüzey uyumsuzluğuna bağlı olarak yapıştırıcı tutunamamış ve bağlantı perçinli bağlantı gibi davranmıştır. Deneysel sonuçların doğruluğunu ispatlamak amacıyla doğrusal olmayan Sonlu Elemanlar Analizleri ANSYS yazılımında gerçekleşmiştir. Non-lineer analiz ile bağlantıların elastik plastik davranış sonuçları, deneysel sonuçlar ile uyumlu çıkmıştır.
The purpose of this study was to investigate compositions that can improve the tensile strength of joints for the joining of CFRP-CFRP and CFRP-Al 7075-T651 plates. The riveted / bonded joints were developed as an alternative to the multiple rivet joints. The CFRP laminates were fabricated by the hand lay-up method followed by the vacuum infusion method to achieve uniform distribution of resin curing in between the fiber plies. The variable parameters were the overlap length and the type of joint for the CFRP-CFRP and CFRP-Al 7075-T651 joints. Riveted and riveted/bonded hybrid joints were investigated as a form of single lap joint with 25 mm and 60 mm overlap lengths. The mechanical behavior and load carrying capacity of the specimens under tensile loading were investigated by comparing riveted and riveted/bonded CFRP-CFRP and CFRP-AL 7075-T651 single lap joints with lap lengths of 25 and 60 mm. Regarding the joining materials, CFRP-CFRP joints achieved higher strength than CFRP-AL 7075-T651 joints for both riveted and hybrid joints. When evaluating the riveted/bonded hybrid single lap joints, the compatibility between the bonded surface materials and the adhesive was found to be decisive. The rivets added to the CFRP- CFRP joints that were compatible with the epoxy adhesive shared the stress between the adhesive and the rivets and significantly enhanced the strength of the joint. For hybrid joints with compatible adhesive, the resistance to tensile loading increased in direct proportion to the increase in overlap when joints with 25 mm and 60 mm overlap were considered. The joint behaved like a riveted joint as metal and epoxy compatibility was not achieved for the CFRP-Al 7075-T651 hybrid joint. For reliability of the experimental results, three samples of each specimen were manufactured and tested, and the results have been averaged. The results were analyzed using non-linear analysis in ANSYS software. It was found that the elastic- plastic behavior of the joints under tensile load agreed with the experimental results.
The purpose of this study was to investigate compositions that can improve the tensile strength of joints for the joining of CFRP-CFRP and CFRP-Al 7075-T651 plates. The riveted / bonded joints were developed as an alternative to the multiple rivet joints. The CFRP laminates were fabricated by the hand lay-up method followed by the vacuum infusion method to achieve uniform distribution of resin curing in between the fiber plies. The variable parameters were the overlap length and the type of joint for the CFRP-CFRP and CFRP-Al 7075-T651 joints. Riveted and riveted/bonded hybrid joints were investigated as a form of single lap joint with 25 mm and 60 mm overlap lengths. The mechanical behavior and load carrying capacity of the specimens under tensile loading were investigated by comparing riveted and riveted/bonded CFRP-CFRP and CFRP-AL 7075-T651 single lap joints with lap lengths of 25 and 60 mm. Regarding the joining materials, CFRP-CFRP joints achieved higher strength than CFRP-AL 7075-T651 joints for both riveted and hybrid joints. When evaluating the riveted/bonded hybrid single lap joints, the compatibility between the bonded surface materials and the adhesive was found to be decisive. The rivets added to the CFRP- CFRP joints that were compatible with the epoxy adhesive shared the stress between the adhesive and the rivets and significantly enhanced the strength of the joint. For hybrid joints with compatible adhesive, the resistance to tensile loading increased in direct proportion to the increase in overlap when joints with 25 mm and 60 mm overlap were considered. The joint behaved like a riveted joint as metal and epoxy compatibility was not achieved for the CFRP-Al 7075-T651 hybrid joint. For reliability of the experimental results, three samples of each specimen were manufactured and tested, and the results have been averaged. The results were analyzed using non-linear analysis in ANSYS software. It was found that the elastic- plastic behavior of the joints under tensile load agreed with the experimental results.
Description
Keywords
Malzeme Bilimi, perçin, yapıştırıcı, karbon fiber takviyeli polimer kompozit Material Science, rivet, adhesive, carbon fiber reinforced polymer composite