Właściwości połączeń klejonych Al/laminat epoksydowy ze wzmocnieniem z włókien węglowych

• Autorzy: Budzik M. K. , Jumel J. , Imielińska K.

Warianty tytułu

EN

Mechanical behaviour of Al-carbon/epoxy adhesive joints

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań wpływu wybranych parametrów związanych z budową i przygotowaniem próbek na wytrzymałość złączy klejonych Al/laminat epoksydowy wzmocniony włóknami węglowymi. Zagadnienie to ma związek z coraz częstszym wykorzystaniem klejonych łatek kompozytowych do napraw pękniętych elementów konstrukcji aluminiowych, np. lotniczych, tradycyjnie naprawianych za pomocą złączy śrubowych lub nitowanych [1,2]. Wiedza na temat właściwości i trwałości złączy adhezyjnych Al/laminat epoksydowo-węglowy jest wciąż niewystarczająca, co prowadzi do bardzo zachowawczych zasad projektowania tych złączy [9]. Badano próbki o zróżnicowanej liczbie warstw laminatu a więc różnej sztywności, oraz udziale łatki konstrukcji próbki a także dwóch odmiennych sposobach przygotowania powierzchni podłoża Al. Wykonane zostały samodzielnie w Institute de Maintenance Aeronautique -Merignac- Francja. Wyniki prób zginania trzypunktowego wskazują na znaczny wzrost wytrzymałości złącza (rys. 3, 7, 8) bez względu na parametry próby, co świadczy o efektywności naprawy. Uzasadniono, że z punktu widzenia wytrzymałości i sztywności efektywniejsze jest stosowanie łatki z laminatu 4-warstwowego w porównaniu z 8-warstwowym, ze względu na lepszą jakość mikrostrukturalną (lepsze przesycenie włókien, mniejsza liczba pęcherzy) możliwą do uzyskania dla cieńszego laminatu (rys. 2, 6). Badania wytrzymałości statycznej złączy o zróżnicowanej obróbce powierzchni płytki Al (elektrochemiczna, mechaniczna) wykazały przewagę metody elektrochemicznej jedynie dla laminatu 8-warstwowego, w cieńszym laminacie obie metody wypadły podobnie (rys. 4). Wykazano (rys. 8), że zwiększanie długości łatki prowadzi do znaczącego wzrostu wytrzymałości złącza. Wyniki badań stanowią podstawę do przyjęcia wymiarów i sposobu przygotowania próbek do dalszych badań trwałości złączy klejonych Al/kompozyt węglowy, przy obciążeniach cyklicznie zmiennych i wpływie środowiska.

EN

The effect of sample geometry and Al surface pretreatment was studied on the mechanical behaviour of Al-carbon/epoxy adhesive joints. This problem is related to the in-service repairs of the Al structural elements including aircrafts [1, 2]. Two basic methods of such repairs are currently used: mechanical (rivets, screws) or adhesive bonding (metal to metal, or metal to composite). Knowledge, about properties and durability of aluminium-carbon/epoxy adhesive joints in still insufficient which leads to the conservative design [9]. In this paper the effect of selected parameters on the efficiency of Al-carbon/epoxy adhesive joints was studied in terms of bending characteristics and microstructural quality (SEM). The specimens were produced at laboratory of aeronautical maintenance. Variable Al surface treatment, number of plies in the laminate (stiffness) and patch length were studied. Increased strength of the joint in all cases studied proved the efficiency of the repair (Figs. 3, 7, 8). It was found that in terms of strength and stiffness the use of 4-ply laminate shows advantage over the 8-ply due to improved microstructural quality possible in the thin laminate (Figs. 2,6). The electrochemical surface pre-treatment of Al surface did not improve the strength of the Al-4ply composite joint compared to the mechanical surface treatment (fig. 4) The increase in the patch length lead to the rapid increase in the strength of the joint (fig. 8).

Słowa kluczowe

PL

złacza adhezyjne Al/laminat epoksydowo-węglowe; właściwości połączeń klejonych; wytrzymałość statyczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 1
• Strony: 42--46
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Budzik M. K.

autor

Jumel J.

autor

Imielińska K.

• Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska,

Bibliografia

• [1] Rao V. V., Singh R., Malhotra S. K.: Residual strength and fatigue life assessment of composite patch repaired specimens. Composites: Part B 30 (1999)621-627.
• [2] Avram J. B.: Fatigue response of thin stiffened aluminium cracked panels repaired with bonded composite patches. Praca doktorska, Air-Force Institute of Technology. Ohio USA- 2001.
• [3] Crooks H. R.: Reduction of thermal residual strains in adhesively Bondem composite repairs. Praca doktorska, Air-Force Institute of Technology. Ohio USA- 2003.
• [4] Chester R. J., Walker K. F., Chalkley P. D.: Adhesively Bonded repairs to primary aircraft structure. International Journal of 19 Adhesion&Adhesives 1999 1-8.
• [5] Kinloch A. J.: Durability of adhesive joints. Adhesion and Adhesives. Science and technology. Chapman and Hall, London 1987.
• [6] Smith F. C., Moloney L. D., Mattews F. L., Hodges J.: Fabrication of woven carbon fibre/polycarbonate repair patches. Composites PartA 27A 1996. 1089-1095.
• [7] Shanahan M. E. R.: Ageing phenomena in structural adhesion. Advances in Materials Science, vol. 7, 2007.
• [8] Whitehead S., McDonald M., Bartholomeusz R. A.: Loading, degradation and repair of F111 bonded Honeycomb Sandwich panels- preliminary study. DSTO-TR-1041. Aeronautical and Maritime Research Laboratory, Australia 2000.
• [9] Baker A.: Bonded composite repair of fatigue-cracked primary aircraft structure, Composites Structures, 47, 1999, 431-443.
• [10] Budzik M. K., Imielińska K.: Badania defektów w złączach klejonych Al./ kompozyt węglowy z użyciem mikroskopii ultradźwiękowej, Materiały i Technologie, 2007 (w druku).
• [11] Bjorgum A., Lapique F., Walmsley J., Redford K.: Anodizing as pre-treatment for structural bonding, SINTEF Materials Technology, 2003.