بررسی و شبیه سازی استحکام برشی اتصال چسبی در پنل های ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی تولید شده به روش ذوبی با عامل فوم ساز

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 4، دوره 9، شماره 3، آذر 1394، صفحه 41-51   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مسعود گلستانی پور^* ؛ ابوالفضل باباخانی؛ سید مجتبی زبرجد

گروه متالورژی و مواد دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

امروزه پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی به عنوان ساختاری سبک با قابلیت جذب انرژی بالا، کاربـرد فـراوانی در اجـزای ضربه­گیر پیدا نموده اند. در این تحقیق ابتدا فوم کامپوزیتی زمینه آلومینیومی با ذرات تقویت­کننده و پایدارساز کاربید­سیلیسیوم و با استفاده از فوم­سازی به روش ذوبی توسط عامل فوم­ساز کربنات کلسیم تولید گردید. چگالی محصولات فومی تولیدی در حدود 63/0 گرم بر سانتیمتر مکعب اندازه­گیری شد. مطالعات ریزساختاری توسط میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی بیانگر توزیع یکنواخت سلول­ها و همچنین توزیع مطلوب ذرات تقویت­کننده کاربید­سیلیسیوم در دیواره تخلخل­ها می­باشد. در ادامه استحکام برشی اتصال چسبی فوم تولیدی به ورق آلومینیومی با استفاده از سه نوع چسب متداول صنعتی از طریق انجام آزمون برش کششی مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور مقایسه دقیق­تر، اتصال فوم به فوم و ورق به ورق و مـقاومت برشی فـوم به تنـهایی نیز مورد آزمون قرار گرفت. آزمون برش کششی توسط نرم افزار ABAQUS 6.10.1 تحت شبیه­سازی قرار گرفت و نتایج آن با نتایج تجربی مقایسه گردید. علاوه بر این پایداری حرارتی چسب­های مصرفی نیز توسط آنالیز ثقل سنجی حرارتی (TGA) بررسی شد و در نهایت بهترین چسب از لحاظ عملکرد مکانیکی و مقاومت حرارتی به منظور استفاده در تولید پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی انتخاب گردید.

کلیدواژه‌ها

فوم آلومینیومی؛ پنل ساندویچی؛ اتصال چسبی؛ استحکام برشی؛ شبیه سازی

مراجع

[1]     J. Banhart, “Manufacture, characterization and application of cellular metals and metallic foams”, Progress in Material Science, Vol. 46, pp. 559-632, 2001.

 

[2]     M. F. Ashby, A. Evans, N. A. Fleck, L. J. Gibson, J. W. Hutchinson&  H. N. G. Wadley, “Metal Foams-A Design Guide”, Butterworth-Heinemann, London, 2000.

 

[3]     H. P. Degischer&  B. Kriszt, “Handbook of cellular metals”, Weinheim, Wiley-VCH, 2002.

 

[4]     N. Babcsan, “Ceramic Particles Stabilized Aluminum Foams”, Miskolc Materials Science and Technology Ph.D. School, Kerpely Antal, 2003.

 

[5]     V. Gergely, D. C. Curran&  T. W. Clyne, “The FOAMCARP process: foaming of aluminium MMCs by the chalk-aluminium reaction in precursors”, Composites Science and Technology, Vol. 63, pp. 2301-2310, 2003.

 

[6]     M. Golestanipour, H. Amini Mashhadi, M. S. Abravi, M. Malekjafarian & M. H. Sadeghian, “Manufacturing of Al/SiCp composite foams using calcium carbonate as foaming agent”, Materials Science and Technology, Vol. 27, pp. 923-927, 2011.

 

[7]       ا. زنده باد، ح. دانش­منش، "بررسی رفتار فشاری فوم­های آلومینیومی تولید شده با استفاده از فرایند اتصال نوردی تجمعی (ARB)"، مجله مواد نوین، جلد 1، شماره 4، صفحه 12-1، تابستان 1390.

 

[8]       م.د گلستانی­پور، م. توکلی، س .م. زبرجد، ا. باباخانی، ب. نادری "بررسی جذب انرژی پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم تحت آزمون سوراخ­کاری"، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 2، صفحه 38-25، زمستان 1391.

 

[9]     J. Banhart & H. W. Seeliger, “Aluminium Foam Sandwich Panels: Manufacture, Metallurgy and Applications”, Advanced Engineering Materials, Vol. 10, pp. 793-802, 2008.

 

[10] N. Sedliakova, F. Simancik, J. Kovacik & P. Minar, “Joining of Aluminium Foams”, Proceeding of Symposium Metallschaume, MIT Verlag, Bremen, pp. 177-185, 1997.

 

[11] Charles A. Harper, “Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites”, 4th edition, McGraw-Hill, 2004.

 

[12] K. Imielinska, L. Guillaumat, R. Wojtyra & M. Castaings, “Effects of manufacturing and face/core bonding on impact damage in glass/polyester–PVC foam core sandwich panels”, Composites Part B: Engineering, Vol. 39, pp. 1034-1041, 2008.

 

[13] S. Rao, R. Das & D. Bhattacharyya, “Investigation of bond strength and energy absorption capabilities in recyclable sandwich panels”, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 45, pp. 6-13, 2013.

 

[14] M-A. Chen, H-Zh. Li & X-M. Zhang, “Improvement of shear strength of aluminium-polypropylene lap joints by grafting maleic anhydride onto polypropylene”, International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 27, pp. 175-187, 2007.

 

[15] Y-M. Jen, Ch-W. Ko & H-B. Lin, “Effect of the amount of adhesive on the bending fatigue strength of adhesively bonded aluminum honeycomb sandwich beams”, International Journal of Fatigue, Vol. 31, pp. 455-462, 2009.

 

[16] Y-M. Jen, F-L. Teng & T-Ch. Teng, “Two-stage cumulative bending fatigue behavior for the adhesively bonded aluminum honeycomb sandwich panels”, Materials & Design, Vol. 54, pp. 805-813, 2014.

 

[17] ASTM D1002, “Standard test method for apparent shear strength of single-lap-joint adhesively bonded metal specimens by tension loading (Metal-to-Metal)”, 2001.

 

[18] ASTM E864, “Standard practice for surface preparation of aluminum alloys to be adhesively bonded in honeycomb shelter panels”, 2003.

 

Hexcel Corporation, “REDUX Bonding Technology”, Publication No. RGU 034c, 2003.