Effects of different fibre orientations of composite materials on the performance of adhesively bonded joint

Abstract

Havacılık ve uzay sanayisinde yapıştırıcı ile yapıştırılarak birleştirilen yapısal parçaların kullanımı her geçen gün artması kompozit parçaların yük altındaki davranışlarını derinlemesine anlamaktan geçer. Yapısal yapıştırmanın mukavemeti birleşme geometrisine, yapıştırıcı çeşidine, yapıştırıcı kalınlığına, yapışan parçaların özelliklerine ve yükün yönüne ve koşullarına bağlıdır. Bu çalışmada Kompozit malzemelerin farklı elyaf açılarının yapıştırma bağlama performansına etkileri incelenmiştir. Elyaf açıları olarak 0 derece, 15 derece, 30 derece, 45 derece, 60 derece ve 75 derece kullanılmıştır. Her bir parça 12 katmandan oluşmaktadır. Katmanlar, 0 derece hariç, çapraz olarak yerleştirilmiştir. Örnek, ilk elyaf +15 yönünde serilmiş ise ikinci elyaf -15 yönünde serilmiştir. Orta noktada altıncı ve yedinci katmanlar aynı yönde serilmiştir. Karbon kompozit yapıların farklı açılarda tek bindirmeli birleştirmenin mekanik özellikleri değerlendirilmiştir. Aynı zamanda bu parçalar üç noktalı eğme testine tabi tutulmuştur. Kullanılan karbon elyaflar tek yönlüdür. Parçaları yapıştırmak için kullanılan yapıştırıcı iki parçalı Hysol EA9394'dür. Bu çalışmanın sonuçları göstermiştir ki tek bindirmeli yapıştırma birleştirmeleri elyaf açılarından etkilenmektedir. Yapıştırmanın kuvveti 0 dereceden üretilmiş parçalarda en fazla değeri sahiptir. Beklendiği gibi açı değeri arttıkça yapıştırma kuvveti de azalmaktadır. En fazla kuvvet 0 derecede iken 75 derecen üretilen parçalar teste tabi tutulduğunda parça kırılmıştır. Yapışma bölgesinde herhangi bir hasar gözlenmemiştir. Eğme testinde elastik modül değeri (Young's Modulus) hesaplanmıştır. 0 derece en yüksek elastik değerine, 75 derecenin ise en az değere sahip olduğu görülmüştür. Bu çalışmanın sonuçları göstermiştir ki tek bindirmeli birleştirmelerin tasarımında elyaf açıları mutlaka dikkate alınmalıdır.Anahtar kelimeler: cıvata ile birleştirme, çekme mukavemeti, karma malzemeler, tek bindirmeli birleştirme, yapışma kuvveti, yapıştırma

The increased use of adhesively joined structural composite parts in aerospace and aircraft demand a thorough understanding of their behavior under loads. The strength of adhesively bonded joints depend on several factors such as joint geometry, adhesive type, adhesive thickness, adherent properties, loading directions and loading conditions. In this thesis study, effects of different fibre orientations of composite materials on the performance of adhesively bonded joints have been examined. Fibre orientations are considered in 0, 15, 30, 45, 60 and 75 degrees. Each part of the sample includes 12 plies. Plies have been placed cross to each other except for 0 degree. For example, first ply has been placed +15 and second ply has been placed -15 degree. The following plies have been placed (+15/-15)2. At the midpoint, sixth and seventh plies have been placed in the same degree. Mechanical properties of carbon fibre composite materials with different orientations have been examined in a single lap joint. Additionally, these parts have been subjected to the three point bending test. These parts produced from carbon material are unidirectional fibres. The adhesive used to bond parts is Hysol® EA9394, two-part adhesive. Results revealed that mechanical properties of the lap joint are influenced by the adherent fibre orientation. The strength of bonded joints of parts produced with the orientation of fibres at 0 degree was higher than that of 15 degree. As expected, the strength of bonded joints of parts produced with the orientation of fibres 15 degree was higher than that of 30 degree. And similarly, the strength of other orientations was decreasing as the angle of orientation increased. At 75 degree, the sample has been broken down. On the bonded area, no deformation was observed. In the bending test, we have calculated the elasticity modulus (Young's modulus) of the sample. We determined that samples produced at 0 degree angle orientation have the highest elasticity modulus. As the angle orientations are getting further from 0, elasticity modulus are drastically decreasing. 75 degree samples showed the lowest elasticity modulus.The result of this study revealed that the orientation of fibre should be considered while designing lap joints. Keywords: adhesive bonding, bonding strength, bolted joint, composite materials, lap joint, and tensile strength.