Experimental study of the impact of chamfer and fillet in the frontal edge of adherends on the fatigue properties of adhesive joints subjected to peel

• Autorzy: Kubit Andrzej , Zielecki Władysław , Kaščák Ľuboš , Szawara Paulina

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2023.1.3

Warianty tytułu

PL

Badania eksperymentalne wpływu fazy i promienia na czołowej krawędzi elementu klejonego na właściwości zmęczeniowe połączeń klejowych poddanych oddzieraniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the influence of simple structural modifications of the adherend on the fatigue properties of adhesive joints subjected to peel. The considered modifications consisted in making a chamfer and fillet on the front edge of the adherend. The purpose of such modifications was to locally increase the thickness of the adhesive layer in the area of stress concentration. Fatigue strength tests were carried out using an electrodynamic shaker at the resonant frequency of the flexible adherend. On the basis of fatigue strength tests carried out at the limited number of cycles equal to 2×10⁶, it was shown that a local increase in the thickness of the adhesive layer in the front part of the joint allows a significant increase in the joint's fatigue lifetime and fatigue strength. The greatest effect was shown for the variant with the fillet R2. In this case, an increase in fatigue strength of 33.1% compared to the base variant was demonstrated. For the fatigue stress level of 20.25 MPa, an increase in fatigue lifetime of 337.7% was also demonstrated. Based on the conducted research, it was shown that the reason for the improvement of the fatigue properties of the joints due to the local increase in the thickness of the adhesive layer is the phenomenon of energy absorption in the frontal area of the joint. Absorption of energy that inhibits the process of fatigue results from, among others, local flexibility of the joint, as well as nucleation of cracks in the locally increased volume of the adhesive.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań określających wpływ modyfikacji konstrukcyjnych elementu klejonego na właściwości zmęczeniowe połączeń klejowych poddanych oddzieraniu. Rozważane modyfikacje polegały na wykonaniu fazy oraz promienia na czołowej krawędzi elementu klejonego. Celem takich modyfikacji było miejscowe zwiększenie grubości warstwy kleju w obszarze koncentracji naprężeń. Badania wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadzono za pomocą wzbudnika elektrodynamicznego przy częstotliwości rezonansowej klejonej płytki. Na podstawie badań wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadzonych przy granicznej liczbie cykli równej 2×10⁶ wykazano, że lokalny wzrost grubości warstwy kleju w czołowej części złącza pozwala na znaczny wzrost trwałości zmęczeniowej oraz wytrzymałości zmęczeniowej. Najkorzystniejszy efekt wykazano dla wariantu z promieniem R2. W tym przypadku wykazano wzrost wytrzymałości zmęczeniowej o 33,1% w stosunku do wariantu bazowego. Dla poziomu naprężenia zmęczeniowego 20,25 MPa wykazano również wzrost trwałości zmęczeniowej o 337,7%. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że przyczyną poprawy właściwości zmęczeniowych połączeń na skutek lokalnego zwiększenia grubości warstwy kleju jest zjawisko pochłaniania energii w obszarze czołowym złącza. Absorpcja energii hamująca proces zmęczenia wynika m.in. z miejscowego uelastycznienia złącza, jak również zarodkowania pęknięć w lokalnie zwiększonej objętości kleju.

Słowa kluczowe

EN

adhesion; adhesive joints; fatigue strength; high cycle fatigue; S-N curves

PL

adhezja; połączenia klejowe; wytrzymałość zmęczeniowa; wysokocyklowe zmęczenie; krzywe S-N

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 1
• Strony: 23--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il. (w tym kolor.), fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kubit Andrzej

• Department of Manufacturing and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, al. Powst. Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4366-0135

autor

Zielecki Władysław

• Department of Manufacturing and Production Engineering, Rzeszow University of Technology, al. Powst. Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7864-552

autor

Kaščák Ľuboš

• Department of Technology, Materials and Computer Supported Production, Technical University of Košice, Slovakia

• https://orcid.org/0000-0001-5642-9998

autor

Szawara Paulina

• Department of Materials Forming and Processing, Rzeszow University of Technology, al. Powst. Warszawy 8, 35-959 Rzeszów, Poland

Bibliografia

• 1. Sowa, D., Czech, Z., Byczyński, Ł., Peel adhesion of acrylic pressure-sensitive adhesives on selected substrates versus their surface energies. // International Journal of Adhesion and Adhesives 49, (2014), pp. 38-43.
• 2. Lee, H., Neville, K., Epoxy Resins: Their Applications and Technology, Literary Licensing, LLC (2012).
• 3. Kowalczyk, K., Kowalczyk, A., Czech, Z., Synthesis and properties of solid structural adhesives modified in-situ using 1D and 2D-type microfillers. // International Journal of Adhesion & Adhesives, 32 (2012), pp. 76-81.
• 4. Czech, Z., Kowalczyk, A., Pełech, R., Wróbel, R., Shao, L., Bai, Y., Świderska, J., Using of carbon nanotubes and nano carbon black for electrical conductivity adjustment. // International Journal of Adhesion and Adhesives, 36 (2012), pp. 20-24.
• 5. Rosselli, F., Making the move from conventional joining to structural adhesives. // Reinforced Plastics, February (2006), pp. 42-46.
• 6. USA Patent 2004/0242835, Resolution Performance Products (2004).
• 7. Caile, D., Pascault, J.P., Tighzert, L., Reaction of a diepoxide with a diisocyanate in bulk. // Polymer Bulletin 24 (1990), pp. 23-30.
• 8. Pilawka, R., Kowalska, J., Czech, Z., Effect of 1-substituted imidazole derivatives for the curing process of epoxyisocyanate composition. // Polish Journal of Chemical Technology 15,4, (2013), pp. 1-6.
• 9. Rośkowicz, M., Wpływ lepkosprężystości klejów konstrukcyjnych na wytrzymałość połączeń klejowych. Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2013.
• 10. Domińczuk, J., Wpływ wybranych czynników konstrukcyjnych i technologicznych na wytrzymałość połączeń klejowych. // Postępy Nauki i Techniki, 10 (2011), pp. 14-26.
• 11. Rudawska, A., Chruściel, M., Wpływ sposobu przygotowania powierzchni na wytrzymałość połączeń klejowych lotniczego stopu aluminium. // Technologia i Automatyzacja Montażu, 2 (2011), pp. 42-46.
• 12. J. Godzimirski, J.; Kozakiewicz, J.; Łunarski, J.; Zielecki, W. Konstrukcyjne połączenia klejowe elementów metalowych w budowie maszyn. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1997.
• 13. Belingardi, G., Goglio, L., Tarditi, A., Investigating the effect of spew and chamfer size on the stresses in metal/plastics adhesive joints. // International Journal of Adhesion & Adhesives 22 (2002), pp. 273-282.
• 14. You, M., Yan, Z., Zheng, X., Yu, H., Li, Z., A numerical and experimental study of adhesively bonded aluminium single lap joints with an inner chamfer on the adherends. // International Journal of Adhesion & Adhesives 28 (2007), pp. 71-76.
• 15. Lucas, F.M., Design Rules and Methods to Improve Joint Strength. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2011.
• 16. Zielecki, W., Kubit, A., Badania statyczne wytrzymałości na oddzieranie połączeń klejowych. // Technologia i Automatyzacja Montażu, 4 (2014), pp. 37-40.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).