Πειραματική μελέτη της διαστρωματικής θραυστομηχανικής συμπεριφοράς τύπου I και II μηχανικών συνδέσεων με κόλλα με εφαρμογή στην αεροναυπηγική

• Κύριος συγγραφέας: Πέγκος, Δημήτριος
• Άλλοι συγγραφείς: Λούτας, Θεόδωρος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Σύνθετα υλικά; Σύνδεσμοι με κόλλα; Πειραματα τύπου I και II; Composite materials; Adhesive joint; Experiments Mode I and II

Η μελέτη της θραυστομηχανικής συμπεριφοράς ενός μηχανικού κολλητού συνδέσμου (structural adhesive joint) είναι σημαντική για τον χαρακτηρισμό τόσο της κόλλας όσο και ολόκληρου του συνδέσμου, με απότερο σκοπό την βελτίωση του σχεδιασμού δομών στις κατασκευές του μηχανικού. Μέσω των κλασσικών στατικών θραυστομηχανικών δοκιμών τύπου I και II, σε συνδυασμό με πειράματα δυναμικής φόρτισης, μπορούν να προκύψουν σημαντικά δεδομένα για την καταλληλότητα των υλικών και της γεωμετρίας του συνδέσμου, καθώς και για τους μηχανισμούς που οδηγούν στην αποκόλληση/αστοχία του συνδέσμου κατά τη φόρτιση. Στην παρούσα εργασία μελετάται η θραυστομηχανική συμπεριφορά τύπου Ι και ΙΙ ενός κολλητού συνδέσμου μεταξύ τιτανίου και συνθέτου υλικού (carbon fiber reinforced plastic, CFRP). Μελετώνται τέσσερις χαρακτηριστικές τεχνολογίες για την κατασκευή του συνδέσμου τιτανίου-συθέτου υλικού, co-bonding με και χωρίς χρήση κόλλας, αλλά και secondary bonding χρησιμοποιώντας είτε θερμοπλαστικό είτε θερμοσκληρυνόμενο σύνθετο υλικό. Τα δοκίμια που μελετήθηκαν υποβλήθηκαν σε θραυστομηχανικά τεστ τύπου I και II χρησιμοποιώντας τις διατάξεις double cantilever beam (DCB) και end-notched flexure (ENF). Πραγματοποιήθηκε κατάλληλη προετοιμασία των δοκιμίων που περιλάμβανε τον καθαρισμό τους από την περίσσεια ρητίνης στην πλαϊνή πλευρά όπου επρόκειτο να λάβει χώρα παρακολούθηση της ρωγμής, καθώς και βάψιμό τους για τη χρήση του λογισμικού digital image correlation (DIC). Σε κατάλληλες θέσεις πάνω στα δοκίμια κολλήθηκαν ινκλινόμετρα για την μέτρηση των απαιτούμενων κλίσεων (γωνιών) κατά το τεστ, με σκοπό τον υπολογισμό του ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας παραμόρφωσης (strain energy release rate, SERR) με τη μέθοδο μη-γραμμικής θραυστομηχανικής J-integral. Ο υπολογισμός της δυσθραυστότητας του παρώντος κολλητού σύνδεσμου τιτανίου-συνθέτου υλικού φέρει κάποιες προκλήσεις, λόγω της ανομοιομορφίας στη γεωμετρία και τα υλικά, καθώς και στην παρουσία μη αμελητέων εκ κατασκευής εναπομενουσών θερμικών τάσεων. Ο υπολογισμός της δυσθραυστότητας του συνδέσμου γίνεται με δύο μεθόδους, (α) τη μέθοδο J-integral, καθώς και (β) με μια μέθοδο που αναπτύχθηκε πρόσφατα στο εργαστήριο (βλ. Tsokanas and Loutas (2019) Eng. Fract. Mech.). Η δεύτερη μέθοδος λαμβάνει υπόψιν τις προαναφερθείσες «ιδιαιτερότητες» του συνδέσμου. Η μελέτη του ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας για τους δύο τύπους δοκιμών και τις τέσσερις τεχνολογίες κατασκευής που εξετάστηκαν μπορούν να συμβάλλουν στην επιλογή της κατάλληλης μεθόδου κατασκευής αλλά και στην καταλληλότητα εν τέλει του συνδέσμου για την εφαρμογή του σε αεροναυπηγικές κατασκευές. Επιπρόσθετα, μελετήθηκαν οι επιφάνειες θραύσης των δοκιμίων για την εξαγωγή των μηχανισμών θραύσης. Ο προσδιορισμός των μηχανισμών θραύσης του συνδέσμου συμβάλει στον προσδιορισμό της βέλτιστης τεχνολογίας κατασκευής του συνδέσμου αυτού. Τέλος, με τη χρήση μικροσκοπίου πραγματοποιήθηκε απεικόνιση της πλαϊνής πλευράς της επιφάνειας θραύσης με σκοπό την εμβάθυνση στους μικρο-μηχανισμούς προοδευτικής ανάπτυξης της ρωγμής.