The influence of adhesive material properties on the impact strength of adhesive block joints

• Autorzy: Komorek Andrzej , Godzimirski Jan , Imiłowski Szymon

Identyfikatory

DOI

10.7862/tiam.2023.4.3

Warianty tytułu

PL

Wpływ właściwości materiału klejonego na udarność połączeń klejowych blokowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Adhesive joints are becoming increasingly popular in the construction of aircraft and other means of transport. Today, bonding is mainly used in the construction of helicopter fuselages, wings or lifting rotors. The increased popularity of bonding is forcing designers to seek new and improve research methods as well as enhancing the existing test methods which specify the static, fatigue or impact strength of joints. A variety of tests are used to determine the strength of structures, although new ones are constantly being sought so as to be applied more quickly and without specialised equipment. Current testing standards are also being modified in order to speed up and simplify the testing process, resulting in safer structures that use adhesive joints. The aim of the research presented in this paper was to test whether there is a relationship between the mechanical properties of adhesive materials and the impact strength of adhesive block joints with a cylindrical top element. Construction steel S235JR, commercially marked wear-resistant steel Raex 400 and 2017A aluminium alloy were used for the manufacture of the samples. From each material, 10 samples were prepared with upper elements of different diameters, namely: 17.8 mm, 12.6 mm and 8.9 mm. A pendulum hammer was used to determine the strength of the adhesive joint against dynamic load application. For the sake of the research, the authors used a modified PN-EN ISO 9653 with a mounted hammer equal to the maximum energy of 15 J. Lower failure energy was characteristic of samples made from material with a lower value of Young's modulus (aluminum alloy) and from steel with a lower yield strength. The joint failure energy grew with increasing the joint area, which was approximately parabolic.

PL

Połączenia klejowe są coraz bardziej popularne w konstrukcji statków powietrznych oraz innych środków transportu. Dziś klejenie stosuje się głównie przy budowie kadłubów, skrzydeł lub wirników nośnych śmigłowców. Zwiększenie popularności klejenia zmusza konstruktorów do poszukiwania nowych oraz udoskonalania istniejących metod badawczych określających wytrzymałość połączeń statyczną, zmęczeniową czy udarową. Stosuje się różnorodne badania by określić wytrzymałość konstrukcji, lecz wciąż poszukiwane są nowe, które można stosować szybciej oraz bez specjalistycznego wyposażenia. Także obecne normy badawcze są modyfikowane by przyśpieszyć oraz uprościć proces badawczy co skutkuje zwiększeniem bezpieczeństwa konstrukcji w których wykorzystano połączenia klejowe. Celem przedstawionych w artykule badań było sprawdzenie czy istnieje zależność pomiędzy właściwościami mechanicznymi materiałów klejonych i wytrzymałością udarową połączeń klejowych blokowych z górnym elementem o kształcie cylindrycznym. Do wykonania próbek wykorzystano stal konstrukcyjną S235JR, stal trudnościeralną o oznaczeniu handlowym Raex 400, oraz stop aluminium 2017A. Z każdego materiału przygotowano po 10 próbek z górnymi elementami o różnej średnicy, mianowicie: 17,8 mm, 12,6 mm oraz 8,9 mm. W celu określenia wytrzymałości połączenia klejowego na dynamiczne przyłożenie obciążenia wykorzystano młot wahadłowy. Do badania wykorzystano zmodyfikowaną normę PN-EN ISO 9653 z zamontowanym młotem o maksymalnej energii wynoszącej 15 J. Niższa energia niszczenia cechowała próbki wykonane z materiału o mniejszej wartości modułu Younga (stopu aluminium) oraz ze stali o mniejszej granicy plastyczności. Energia niszczenia połączeń rosła wraz ze wzrostem powierzchni spoin - w przybliżeniu parabolicznie.

Słowa kluczowe

EN

bond; adhesive joint; impact strength; block sample

PL

klej; połączenie klejowe; udarność; próbka blokowa

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej ; Sieć Badawcza Łukasiewicz - Warszawski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Technologia i Automatyzacja Montażu
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 20--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., fot. kolor., 1 rys., wykr.

Twórcy

autor

Komorek Andrzej

• Lotnicza Akademia Wojskowa, Dywizjonu 303, nr 35, 08-530 Dęblin, Poland

autor

Godzimirski Jan

• Wojskowa Akademia Techniczna, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa, Poland

autor

Imiłowski Szymon

• Lotnicza Akademia Wojskowa, Dywizjonu 303, nr 35, 08-530 Dęblin, Poland

Bibliografia

• 1. Adams, R. D., Comyn, J., Wake, W. C. (1997). Structural Adhesive Joint in Engineering. Springer Science & Business Media, London.
• 2. Higgins, A. (2000) Adhesive bonding of aircraft structures. International Journal of Adhesion and Adhesives, 20, 367-376, doi:10.1016/S0143-7496(00)00006-3.
• 3. Naito, K., Onta, M., Kogo, Y. (2012) The effect of adhesive thickness on tensile and shear strength of polyimide adhesive. Journal of Adhesion and Adhesives, 36, 77-85, doi:10.1016/j.ijadhadh.2012.03.007.
• 4. Grant, L.D.R., Adams, R.D., da Silva, L.F.M. (2009) Experimental and numerical analysis of single-lap joints for the automotive industry. J Journal of Adhesion and Adhesives, 29, 405-413, doi:10.1016/j.ijadhadh.2008. 09.001.
• 5. Ramalho, L.D.C., Campilho, R.D.S.G., Belinha, J., da Silva, L.F.M. (2020) Static strength prediction of adhesive joints: A review, International Journal of Adhesion and Adhesives, 96, 102451.
• 6. Casas-Rodriguez, J.P., Ashcroft, I.A., Silberschmidt, V.V. (2007) Damage evolution in adhesive joints to impact fatigue, Journal of sound and Vibration, 308, 467-478.
• 7. Goglio, L., Rosetto, M., (2008) Impact rupture of structural adhesive joints under different stress combinations, International Journal of Impact Engineering, 35, 635-643.
• 8. Sato, C. Impact behavior of adhesively bonded joints. In: Adhesive Bonding: Science, Technology and Applications, edited by Adams, R D. WPL, Cambridge 2005, pp. 164-188.
• 9. Adams, R.D. Adhesive bonding. Woodhead Publishing Limited, Cambridge 2005.
• 10. Komorek, A. Studium udarności połączeń klejowych blokowych. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji, Dęblin 2018.
• 11. Godzimirski, J, Komorek, A, Komorek, Z. (2019) An Energy Analysis of Impact Strength Tests Using Pendulum Hammers, Advances in Science and Technology Research Journal vol. 13 (4).
• 12. Komorek, A., Godzimirski, J., Rośkowicz, M. (2020) Analysis of a New Shape of Test Specimen for Block Shear Impact Test. Materials, 13, 1693.
• 13. Adams, R.D., Harris, J.A. (1996) A critical assessment of the block impact test for measuring the impact strength of adhesive bonds. International Journal of Adhesion and Adhesives 16: 61-71.
• 14. Technical sheet of Loctite Hysol EA 9464, Henkel Corporation, USA, 2003.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).