Pomiary energii pękania złączy klejonych z elastyczną warstwą kleju

• Autorzy: Budzik M. K. , Jumel J. , Imielińska K. , Shanahan M. E. R.

Warianty tytułu

EN

Fracture energy of adhesive joints bonded with an elastic adhesive

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca dotyczy opracowywania nowych metod badań adhezji elastycznych klejów, na przykładzie akrylowego kleju "mastic" i porównawczo kleju epoksydowego, na podstawie mechaniki pękania. Przedstawiono wyniki ba- dań przeprowadzonych dla złącza asymetrycznego, czyli np. składającego się z dwóch rożnych materiałów lub tych samych materiałów o rożnej grubości. Metody wyznaczania podstawowych parametrów w próbach mechaniki pękania przeprowadzanych na złączach adhezyjnych wykorzystują najczęściej model belki utwierdzonej, w której front pęknięcia zastępuje się przez sztywne utwierdzenie. Gdy zastosowany klej jest elastyczny, np. ze względu na niski moduł Younga, degradację właściwości itp., obciążenie złącza prowadzi do jego zauważalnych odkształceń, zmieniając wszystkie określane parametry. Używając asymetrycznego testu klina, w którym jeden z klejonych substratów uzbrojono w serię tensometrów oraz modelu Emila Winklera, w pracy zbadano stan odkształcenia kleju i jego wpływ na badane kryteria mechaniki pękania. Stwierdzono, że długość pęknięcia wyznaczona dotychczasowymi metodami jest zawyżana. Jednakże podstawiając długość pęknięcia z jej własnym błędem uzyskuje się prawidłową wielkość energii pękania. Dodatkowym aspektem pracy jest fakt, że przeprowadzone próby dotyczą deformacji kleju odbywającej się przed frontem pęknięcia, nie dotyczą pękania per se, są więc badaniami nieniszczącymi.

EN

Fracture of the adhesive joints was studied in the aluminum plates Bondem with two adhesives: rigid-epoxy or the flexible-acrylic. Since the conventional methods of adhesion assessment, e.g. shear strength are inadequate for the flexible adhesive due to possible adhesive compliance and time /temperature effects the recently developed, instrumented asymmetric wedge test was used. In this contribution we have analyzed the effect of the adhesive layer on the crack length and fracture energy of the bonded joint in mode I test. Within the work two models were compared - standard simple beam theory (SBT) model and elastic foundation Winkler model (Fig. 3). It was found that treating the strain measurements results with SBT model leads to the overestimation of the crack position compared to the energy estimated using the real crack position (Fig. 7 left). However, when the crack length is left with it own overestimation error, the estimated fracture energy is found equal to the one calculated using more sophisticated Winkler model (Fig. 7 right).

Słowa kluczowe

PL

złącza klejone; model Winklera; podłoże sprężyste; pękanie

EN

adhesive joints; Winkler model; elastic foundation; fracture

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 5
• Strony: 1366--1371
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys.

Twórcy

autor

Budzik M. K.

autor

Jumel J.

autor

Imielińska K.

autor

Shanahan M. E. R.

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska,

Bibliografia

• [1] Ripling E. J., Mostovoy S., Patrick R. L.: Measuring fracture toughness of adhesive joints. Mater. Res. Standards (ASTM Bulletin) 4 (1964) 129- 134.
• [2] Mostovoy S., Ripling E. J.: Fracture toughness of epoxy system. J. Appl. Polym. Sci. 10 (1966) 1351-1371.
• [3] Wiederhorn S. M., Shorb A. M., Moses R. L.: Critical analysis of the theory of the double cantilever beam. J. Appl. Mech. 39 (1968) 1569-1572.
• [4] Mostovoy S., Ripling E. J.: Influence of water on stress corrosion cracking of epoxy bonds. J. Appl. Polym. Sci. 13 (1969) 1083-1111.
• [5] Kanninen M. F.: A dynamic analysis of unstable crack propagation and arrest in the DCB test specimen. Int. J. Fracture 10 (1974) 415-430.
• [6] Kollek H.: Some aspects of chemistry in adhesion on anodized aluminium. Int. J. Adhesion Adhesives 5 (1985) 75-80.
• [7] Whitney J. M.: Stress analysis of the double cantilever beam specimen. Comp. Sci. Tech. 23 (1985) 201-219.
• [8] [8] Blackman B., Dear J.P. , Kinloch A.J. , Osiyemi S., The calculation of adhesive fracture energies from double-cantilever beam test specimens, J. Mater. Sci. Lett. 10; 1991: 253-256.
• [9] Jethwa J. K., Kinloch A. J.: The fatigue and durability of automotive adhesives. J. Adhesion 61 (1997) 71-95.
• [10] Meiller M., Roche A. A., Sautereau H.: Tapered double cantilever beam test used as a practical adhesion test for metal/adhesive/metal systems. J. Adhesion Sci. Tech. 13 (1999) 773-788.
• [11] Sener J. Y., Ferracin T., Caussin L., Delannay F.: On the precision of the wedge-opened double cantilever beam method for measuring the debonding toughness of adhesively bonded plates. Int. J. Adhesion Adhesives 22 (2002) 129-137.
• [12] Blackman B., Hadavinia H., Kinloch A. J., Paraschi M., Williams J. G.: The calculation of adhesive fracture energies in mode I: Revisiting the tapered double cantilever beam (TDCB) test. Eng. Fract. Mech. 70 (2003) 233-248.
• [13] Kanninen M. F.: An augmented double cantilever beam model for studying crack propagation and arrest. Int. J. Fracture 9 (1973) 83-92.
• [14] Popineau S., Gautier B., Slangen P., Shanahan M. E. R.: A 3D effect in the wedge adhesion test: Application of speckle interferometry. J. Adhesion 80 (2004) 1173-1194.
• [15] Sargent J. P.: Durability studies for aerospace applications using peel and wedge tests. Int. J. Adhesion Adhesives 25 (2005) 247-256.
• [16] ASTM D3433-99 (2005) Standard Test Method for Fracture Strength in Cleavage of Adhesives in Bonded Metal Joints.
• [17] Griffith A. A.: The phenomenon of rupture and flow in solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A 221 (1921) 163-198.
• [18] Williams J. G.: Root rotation and plastic work effects in the peel test. J. Adhesion 41 (1993) 225-239.
• [19] Winkler E.: Die Lehre von Elasticität und Festigkeit. Verlag H. Dominicus, Praga (1867).
• [20] Budzik M. K., Jumel J., Imielińska K., Shanahan M. E. R.: Accurate and continuous adhesive fracture energy determination using an instrumented wedge test. Int. J. Adhesion Adhesives 29 (2009) 694-701.