Finite element analysis of adhesive bonds using the cohesive zone modeling method

• Autorzy: Korta J. , Młyniec A. , Zdziebko P. , Uhl T.

Identyfikatory

DOI

http://dx.doi.org/10.7494/mech.2014.33.2.43

Warianty tytułu

PL

Analiza MES połączeń klejonych z wykorzystaniem modelu kohezyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper covers the subject of FE modeling of adhesive joints, which is gaining more and more attention in contemporary industry, especially in the aerospace and automotive sectors. This technique of creating structural connections possesses many advantages over mechanical or welding methods and it seems that it will be exploited extensively in the future mechanical design. The ability of joining dissimilar materials decreased minimum member cross-section size and corrosion inertness can be considered as its most important features. However, in the era of virtual prototyping, it is necessary to conduct reliable computer-assisted analyses of these types of joints. It is because most of the contemporary structures are developed as numerical models first, and only the final pro duct is prototyped physically, to validate the simulation results. The aim of this paper is to demonstrate how to elaborate reliable and accurate adhesive joint models, using a cohesive zone modeling (CZM) method in conjunction with shell-based models. The major profitable consequence of using this modeling technique is that it results in a relatively small number of spatial degrees of freedom, therefore allows for short computational times.

PL

Niniejszy artykuł opisuje metodę modelowania numerycznego połączeń adhezyjnych, które w ostatnim czasie zysku ją dużą popularność, szczególnie w przemyśle lotniczym i samochodowym. Ta metoda spajania elementów konstrukcyjnych ma wiele zalet przewyższających tradycyjnie wykorzystywane połączenia mechaniczne oraz spawanie. Do najważniejszych zaliczyć można możliwość łączenia materiałów o odmiennym składzie chemicznym, możliwość zmniejszenia minimalnego wymiaru przekroju poprzecznego łączonych elementów oraz odizolowanie łączonych elementów, co chroni je przed korozją elektrochemiczną. Współczesne trendy projektowania zakładają pełny rozwój konstrukcji w formie modeli komputerowych, a rzeczywisty prototyp powstaje dopiero jako produkt finalny, służąc walidacji otrzymanych wyników. Dlatego też, celem badań opisanych w niniejszej pracy było przedstawienie wy korzystania modelu połączenia adhezyjnego zbudowanego na podstawie elementów typu powłokowe, oddającego w dokładny sposób zachowanie tego rodzaju spoin. W artykule opisano wykorzystanie metody modelowania kohezyjnego (CZM), której podstawową zaletą jest możliwość implementacji nawet w złożonych przypadkach, bez znacznego wydłużenia czasu ich analiz.

Słowa kluczowe

EN

glues; adhesives; modeling; CZM; lightweighting

PL

kleje; adhezja; modelowanie; CZM; zmniejszanie masy

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 33, no. 2
• Strony: 51--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Korta J.

• AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

autor

Młyniec A.

• AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

autor

Zdziebko P.

• AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

autor

Uhl T.

• AGH University of Science and Technology. Faculty of Mechanical Engineering and Robotics. Department of Robotics and Mechatronics, Krakow, Poland

Bibliografia

• ANSYS Inc. ANSYS Theory Manual, Release 11. 2007.
• Alfano G., Crisfield M.A., 2001, Finite element interface models for the delamination analysis of laminated composites: mechanical and computational issues. International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol. 50, no. 7, pp. 1701-1736.
• Godzimirski J., Komórek A., 2007, Wpływ kształtu połączenia i sposobu obciążenia na trwałość zmęczeniową połączeń klejowych. Technologia i Automatyzacja Montażu, no. 2-3, pp. 116-119.
• Godzimirski J., Rośkowicz M., 2008, Trwałość zmęczeniowa tworzyw adhezyjnych. Polimery, vol. 53, no. 10, pp. 737-742.
• Hazimeh R., Challita G., Khalil K., Othman R., 2014, Finite element analysis of adhesively bonded composite joints subjected to impact loadings. International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 56, pp. 24-31, doi: 10.1016/j.ijadhadh.2014.07.012.
• Jiang X., Kolstein M.H., Bijlaard F.S.K., 2013, Study on mechanical behaviors of FRP-to-steel adhesively-bonded joint under tensile loading. Composite Structures, vol. 98, pp. 192-201.
• Korta J., Młyniec A., Uhl T, 2015, Experimental and numerical study on the effect of humidity-temperature cycling on structural multi-material adhesive joints. Composites Part B: Engineering, pp. 621-630, doi:10.1016/j.compositesb.2015.05.020.
• Korta J., Uhl T, 2013, Multi-material design optimization of a bus body structure. Journal of KONES: Powertrain and Transport, vol. 20, no. 1, pp. 139-146.
• Lanzerath H., Nowack N., Mestres E., 2009, Simulation Tool including Failure for Structural Adhesives in Full-Car Crash Models. Technical report, SAE Technical Paper, 2009-01-0474.
• Lee H.K., Pyo S.H., Kim B.R., 2009, On joint strengths, peel stresses and failure modes in adhesively bonded double-strap and supported single-lap GFRP joints. Composite Structures, vol. 87, no. 1, pp. 44-54.
• Rudawska A., 2009, The bonding joints strength of aluminum sheets in the aspect of inseparable joints assembly. Technologia i Automatyzacja Montażu, vol. 2, pp. 35-38.
• Rudawska A., 2013, Wybrane zagadnienia konstytuowania połączeń adhezyjnych jednorodnych i hybrydowych. Politechnika Lubelska, Lublin.
• Sugiman S., Crocombe A.D., Aschroft I.A., 2013, Experimental and nu merical investigation of the static response of environmentally aged adhesively bonded joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 40, pp. 224-237.
• Tran V.D., Oudjene M., Meausoone P.J., 2014, FE analysis and geometrical optimization of timber beech finger-joint under bending test. International Journal of Adhesion and Adhesives, vol. 52, pp. 40-47.