Strength of Glue Joints of Metallic Materials in Connection with Design of Joints

Ing. Ibrahim Kocabas

Doctoral thesis

Abstract:

Estimation of the load carrying capacity of the adhesively bonded structures is the main challenge in the bonded constructions and structures prior to manufacture stage. Particularly, the adhesive joints in the railway and automotive industry increasingly becoming the most popular joining method recently. In order to make an accurate prediction of the load carrying capacity of an adhesive joint, modern fracture mechanic approaches are employed using the finite element package program ?ABAQUS??, in this dissertation study. In this regard, metallic substrates were considered to simulate structural mild steels having different tensile strengths. Then the adhesive joints were manufactured with two different epoxy adhesives which are Veropal HE20 and Carboresin. FE models of the adhesive joints were created for a variety of the different joint configurations. A validation procedure was followed between experimental and numerical failure loads, which corresponds to the maximum error of 18%. Besides, a parametric study was accomplished to establish a simple expression of the failure load in terms of the geometrical and material parameters of the adhesive joint. Moreover, the effect of each parameter on the joint load carrying capacity was examined and presented in the study. Finally, three design parameters; L/t, óa/óy and F/óyt were decided to be the most substantial for an optimum adhesive joint design.

Abstract:

Určení zatížitelnosti lepených spojů je důležitým parametrem konstrukcí či zařízení při jejich konstrukčním návrhu. V současné době se vyrazně zvyšuje podil lepených spojů při výrobě automobilů či kolejových vozidel. V některých aplikacích je spojování lepením již hlavním způsobem spojování dilů. Pro určení zatížitelnosti lepených spojů je dnes možno využít poznatků lomové mechaniky a chování spojů simulovat s využitím metody konečných prvků. V případě této disertační práce byl použit software ABAQUS. Pro simulace byly uvažovány nelegované konstrukční oceli s různými mechanickými vlastnostmi (rozdílnou mezí pevnosti). Jako lepidla byla použita epoxidová lepidla s rozdílnými mechanickými vlastnostmi - Veropal HE20 a Carboresin. Modely pro řešení zatížitelnosti s využitím metody konečných prvků byly vytvořeny pro rozdílná konstrukční uspořádání lepených spojů. Ověření modelů bylo provedeno srovnáním s reálnými vzorky. Porovnáním síly pro porušení lepených spojů získaných při simulačních výpočtech a při experimentech byla zjištěna odchylka maximalně 18%. Cílem práce bylo vytvoření parametrické studie, na jejímž základě bylo možno získat rovnici pro zatížitelnost lepeného spoje s ohledem na geometrické a materiálové parametry lepených spojů. Pro určeni únosnosti spojů byly navrženy tři parametry spoje L/t, ?Đa/?Đy and F/?Đyt, které se ukázaly, že mají největší vliv na kvalitu lepených spojů.

Keywords

lomová mechanika, jednoduše přeplátovaný lepený spoj, metoda konečných prvků, epoxidové lepidlo, konstrukční ocel

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 9. 2016

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Date of defence: 28. 11. 2016

University of Pardubice

Faculty of Transport Engineering

Doctoral programme / field:
Technique and Technology in Transport and Communications / Transport Means and Infrastructure