تحلیل قابلیت اطمینان اتصال برشی چسبی دو لبه فولادی- CFRP با اتصالات چسبی نازک خارجی
چکیده
این مقاله به بیان جزئیات تحلیل قابلیت اطمینان اتصالات برشی چسبی دو لایه (DLS) بین فولاد و کامپوزیت های پلیمری مسلح الیاف کربنی (CRFP) می پردازد. یک پایگاه داده جامع از نتایج آزمایشگاهی اتصالات DLS CFRP به فولاد تالیف شده و یک تحلیل احتمالاتی از داده ها نیز انجام می شود. نتایج آزمایشگاهی تالیف شده با مقاومت های پیوند پیش بینی شده توسط مدل هارت- اسمیت برای اتصالات چسبی نازک مقایسه شده و عدم اطمینان مدل برای پنج اتصال چسبی اپوکسی سازه ای شناخته شده و دو نوع تکنیک آماده سازی سطحی تعیین می شود. با در نظر گرفتن عدم اطمینان های مکانیکی و هندسی مواد تشکیل دهنده، دو روش مبتنی بر قابلیت اطمینان شامل روش قابلیت اطمینان مرتبه اول (FORM) و شبیه سازی مونت کارلو (MCS) جهت محاسبه ضریب مقاومت در شاخص قابلیت اطمینان 3.5 هدف مورد استفاده قرار می گیرند. می توان دریافت که این دو روش دارای سازگاری مطلوبی بوده و ضریب مقاومت با اتصالات چسبی، تکنیک های آماده سازی سطحی و انواع CFRP تغییر می کند. بردار اهمیت متغیر های تصادفی نشان می دهد که شکل پذیری برشی چسبی به عنوان تاثیر گذار ترین خصوصیت ماده در تعیین شاخص قابلیت اطمینان اتصالات چسبی مطرح می شود.
1. مقدمه
استفاده از پلیمر های مسلح الیاف کربنی (CFRP) جهت تعمیر، بهسازی و تقویت تیر های فولادی به صورت گسترده در سال های اخیر به دلیل مقاومت خوردگی و سبک بودن آن مورد تحقیق قرار گرفته است. گسیختگی به عنوان یک مد شکست کلیدی همراه با تیر های فولادی تقویت شده CFRP محسوب می شود و بار شکست گسیختگی تحت تاثیر خصوصیات مکانیکی سطوح مشترک چسبی و دو ماده قرار گرفته است. پیشرفت های اخیر در تکنیک تقویت CFRP نشان می دهد که مواد CFRP با رشته های با قطر کم می توانند شکست گسیختگی را از بین ببرند.
این موضوع نشان داده شده است که آماده سازی سطحی جهت به دست آوردن پیوند مناسب بین اتصالات چسبی حائز اهمیت است. یک سطح واکنش پذیر شیمیایی، تمیز و سخت برای پیوند چسبی به ویژه برای پیوند CFRP به فولاد حائز اهمیت است به طوری که سطح مشترک فولاد چسبی به عنوان ضعیف ترین پیوند در اتصال محسوب می شود. تحقیق کامل آماده سازی سطحی اپوکسی برای پیوند اپوکسی به فولاد به وسیله فرناندو و همکاران انجام شده است و این موضوع نشان داده شده است که تکنیک پاشش گریت به عنوان موثر ترین راه جهت دستیابی به پیوند مناسب بین اپوکسی و فولاد محسوب می شود.
8. خلاصه و نتیجه گیری
این مقاله به مطالعه قابلیت اطمینان اتصالات DLS CFRP به فولاد چسبنده در اتصالات چسبی خارجی برای سناریو های طراحی مختلف پرداخته است. یافته های اصلی این مقاله عبارتند از:
(1) عدم اطمینان مدل به شدت تحت تاثیر سناریو طراحی در نظر گرفته شده قرار دارد. عدم اطمینان مدل سازی به عنوان مهم ترین متغیر تصادفی تقاضای تاثیر گذار بر شاخص قابلیت اطمینان محسوب می شود. این موضوع نشان می دهد که ارائه مدل های پیوند دقیق و کارار می تواند تاثیر معناداری بر روی قابلیت اطمینان اتصالات پیوندی در کاربرد های طراحی داشته و می تواند به طور قابل توجه بر روی ضرائب مقاومت استفاده شده جهت پیوند تاثیر گذار باشد.
Abstract
This paper presents the details of a reliability-based analysis of bonded double-lap shear (DLS) joints between steel and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites. A comprehensive database of experimental results of CFRP-to-steel DLS joints is compiled and a probabilistic analysis of the data is conducted. The compiled experimental results are compared with the bond strengths predicted by the Hart-Smith model for thin adherends and the model uncertainty is characterized, for five popular structural epoxy adhesives and two types of surface preparation techniques. Considering the mechanical and geometrical uncertainties of constituent materials, two reliability-based approaches, First-Order Reliability Method (FORM) and Monte-Carlo Simulation (MCS), are used to calculate the resistance factor at a target reliability index of 3.5. It is found that these two approaches agree well and the resistance factor varies with adhesives, surface preparation techniques, and CFRP types. The importance vector of random variables reveals that the adhesive shear ductility is the most influential material property in determining the reliability index of the bonded joints.
1. Introduction
The use of carbon fiber-reinforced polymers (CFRP) to repair, rehabilitate, and strengthen steel beams has been widely researched in recent years because of its light-weight construction and corrosion resistance [1–9]. Debonding is a key failure mode associated with the CFRP strengthened steel beams, and the debonding failure load is affected by the mechanical properties of the adhesive and bi-material interfaces [2,9–12]. Recent developments in CFRP strengthening technique showed that CFRP materials with small-diameter strands can potentially eliminate debonding failure [13]
It has been demonstrated that surface preparation is important to obtain good bonding between the adherends [14–16]. A clean, rough and chemically reactive surface is preferable for adhesive bonding, especially for CFRP-to-steel bonding, where the steeladhesive interface is often the weakest link in the joint. A thorough study of the surface preparation for epoxy to steel bonding was carried out by Fernando et al. [17], and it showed that the gritblasting technique is the most effective way to achieve good bond between epoxy and steel.
8. Summary and conclusions
This paper studied the reliability of adhesively bonded CFRP-tosteel DLS joints with thin outer adherends, for different design scenarios. The major findings of this paper are:
(1) The model uncertainty is highly influenced by the design scenario being considered. The modeling uncertainty is the most important demand type random variable affecting the reliability index. This suggests that developing accurate and robust bond models can have significant impact on the reliability of bonded joints in design applications and could dramatically influence the resistance factors that are used for bond.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. جزئیات اتصال DLS CFRP-فولاد
3. تابع حالت حدی
3.1 مدل مقاومت
3.2 مدل تقاضا
4 . مشخصات آماری متغیر های طراحی
4.1 متغیر های خصوصیت ماده
4.2 متغیر های خصوصیت هندسی
4.3 عدم اطمینان مدل مقاومت
4.4 متغیر های بار
4.5 خلاصه ای از متغیر های تصادفی
5. فضای طراحی
6. تحلیل قابلیت اطمینان
6.1 تحلیل FORM
6.2 شبیه سازی مونت کارلو (MCS)
7. نتایج و بحث ها
7.1 اثر آماده سازی سطحی
7.2 تاثیر عدم اطمینان مدل
7.3 اثر شکل پذیری و مقاومت برشی ماده چسبنده
7.4 تاثیر مدول برشی ماده چسبی
7.5 اثر ضخامت لایه چسبنده
7.6 اثر نسبت بار زنده به بار مرده
7.7 کارکرد های ضریب مقاومت ثابت
8. خلاصه و نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. CFRP-to-steel DLS joint details
3. Limit state function
4. Statistical characteristics of design variables
4.1. Material property variables
4.2. Geometric property variables
4.3. Resistance model uncertainty
4.4. Load variables
4.5. Summary of random variables
5. Design space
6. Reliability analysis
6.1. FORM analysis
6.2. Monte-Carlo simulation (MCS)
7. Results and discussions
7.1. Influence of surface preparation
7.2. Influence of model uncertainty
7.3. Influence of adhesive shear strength and ductility
7.4. Influence of adhesive shear modulus
7.5. Influence of adhesive layer thickness
7.6. Influence of live load to dead load ratio
7.7. Implications of constant resistance factor∅=0:45
8. Summary and conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه