В промышленной тенденции легкости, короткие волокна усиливают термопластичные пластмассы из - за их легкости обработки, низкой стоимости преимуществ, применение становится все более распространенным. При применении многоструктурного дизайна термопластик, усиленный коротким волокном, должен быть склеен с другими материалами, и как точно и эффективно предсказать прочность его сцепления, чтобы обеспечить безопасность конструкции, становится неотложной проблемой. В ответ на эту проблему Масаки Омия из Университета Кёнён в Японии предложил использовать прямой метод для расчета двух интегральных значений J (Based on J, Based on G) для получения параметров модели сцепления (CZM) и разработал метод прогнозирования прочности сцепления с использованием коротковолокнистых армированных термопластов в качестве липких соединений, обеспечивая более точные инструменты для проектирования и оценки производительности соответствующих продуктов.

Рисунок 1 Схема испытаний на изгиб концевого разреза (ENF) и описание аналитических параметров

В этой статье с помощью испытания на изгиб концевого разреза (ENF) имитируется процесс отказа соединения типа II под действием силы сдвига. Клей представляет собой термопластичный пластик, усиленный коротким волокном, клей представляет собой эпоксидную смолу, перед испытанием применяется лазерная абляция для обработки прилипающей поверхности, с использованием металлической пленки и тефлонового клея для управления толщиной коллоида и предварительной трещиной. В ходе испытаний осуществляется трехточечная загрузка изгибом с помощью управления смещением. Наконец, конечный метаанализ (рисунок 2) проводится в сочетании с параметрами CZM, полученными в результате анализа, чтобы проверить правильность метода, используемого в этой статье.

Рисунок 2 ENF Экспериментальные граничные условия и модели сетки для анализа конечных элементов

Используя данные испытаний ENF, исследователи рассмотрели две различные формы интеграла J при разломе типа II: одна учитывает энергию, затрачиваемую на пластическую деформацию слизистой детали (Based on J), а другая предполагает, что слизистая деталь является чисто эластичной (Based on G). Они вывели два различных набора параметров модели CZM (рисунок 3) на основе этих двух интегралов J и заменили эти два набора параметров в анализ конечных элементов, получив кривую нагрузки - смещения для анализа конечных элементов ENF. Сравнение экспериментальных данных испытаний ENF с конечными метарезультатами показало, что параметры CZM, выведенные из J - интеграла, основанного на предположении чистой эластичности, могут более точно предсказать фактическую прочность сцепления.

Параметры CZM, основанные на двух различных формах J - интеграла

Рисунок 4 Сопоставление экспериментальных данных и конечных элементов кривой нагрузки - смещения ENF

Подводя итог, в этой статье разработан метод, используемый для прогнозирования прочности сцепления термопластичных пластмасс, усиленных короткими волокнами, в качестве липких соединений. Параметры CZM в двух гипотезах были получены путем прямого анализа экспериментальных данных испытаний ENF, а затем на основе двух наборов полученных параметров CZM был проведен ограниченный метаанализ, и смоделированная кривая нагрузки - смещения была сопоставлена с экспериментальными результатами, которые показали, что параметры прочности сцепления, предсказанные прямым методом на основе предположения чистой эластичности, более соответствуют реальной ситуации в сцеплениях с использованием материалов с низкой жесткостью (например, композитов с коротким волокном). Работа в этой статье предлагает новые идеи для получения параметров CZM в системе сцепления для построения модели CZM.

Исследование было опубликовано в журнале Engineering Fracture Mechanics под названием "Validation of mode II cohesive law obtained using the direct method with short - fiber - reinforced thermoplastic adhesively bonded end - notched flexure joints".