When an adhesive joint is exposed to high environmental temperature, the tensile load capability of the adhesive joint decreases because the elastic modulus and failure strength of structural adhesive decrease. The thermo-mechanical properties of structural adhesive can be improved by addition of fillers to the adhesive. In this paper, the elastic modulus and failure strength of adhesives as well as the tensile load capability of tubular single lap adhesive joints were experimentally and theoretically investigated with respect to the volume fraction of filler (alumina) and the environmental temperature. Also the tensile modulus of the fille containing epoxy adhesive was predicted using a new equation which considers filler shape, filler content and environmental temperature. The tensile load capability of the adhesive joint was predicted by using the effective strain obtained from the finite element analysis and a new failure model, from which the relation between the bonding length and the crack length was developed with respect to the volume fraction of filler.
This paper presents the vibration damping characteristic of a single lap joint beam with partial dampers analyzed using the model strain energy method and the harmonic response analysis which were based on a finite element model. The two finite element analysis methods exhibited very similar results of the resonant frequency and system loss factor which were comparable to those by the theoretical analysis. Effects of the location of partial dampers and elastic moduli and thickness of their layers on the system loss factor were studied. The damping effects due to changes of modules and loss factor of the viscoelastic layer in lap joint and partial dampers were also studied. Consequently, the geometrical and material conditions at maximizing the system loss factor were suggested.
The effect of moisture contents by salt water on the strength of composite single-lap bonded joints is investigated. The specimens were manufactured in an autoclave by secondary bonding and immersed in the 3.5% salt water of $71^{\circ}C$ for different durations to get various moisture contents; 0, 0.2, 0.5, 1.0, and 2.0%(saturation). A total of 80 joint specimens were tested for 5 different moisture contents and 2 temperature environments. Test results show that while the joint strengths after the saturation of moisture decrease compared to those of dry ones, the strengths of the pre-saturated joint up to 1.0% of moisture content increase in both room and elevated temperature conditions. It is also shown that the strengths of joints tested in elevated temperature are slightly higher than the strength in room temperature by 2-5% until the moisture content reaches 1 %. In contrast, the high temperature strength of the saturated joint is about 5% lower than the room temperature strength.
The main objective of this study is to investigate the effect of metal z-pinning on the failure behavior of cocured composite single-lap joints. Three different pin diameters (0.3, 0.5, and 0.7 mm) and three pin areal densities (0.5, 2.0, and 4.0%) were examined. The specimens were fabricated by T700-12K-31E#2510 unidirectional prepreg from Toray. Stainless steel pins were used for z-pinning. Test results showed that except one case with extremely low pin density of 0.5%, all other z-pinned joints exhibited lower initial crack stresses than those of the unpinned joint. However the ultimate strength of the z-pinned joint increased up to 45% at most. Furthermore, even after the complete failure of the joint, the z-pins sustained the carried load to a certain degree experiencing large deformation and provided the stable fracture behavior for the composite joint.
da Silva, Lucas F.M.;Ramos, J.E.;Figueiredo, M.V.;Strohaecker, T.R.
Journal of Adhesion and Interface
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v.7
no.4
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pp.1-9
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2006
The single lap joint is the most studied joint in the literature in terms of both theory and practice. It is easy to manufacture and the lap shear strength is a useful value for strength assessment and quality control. Simple design rules exist such as the one present in standard ASTM 1002 or in a recent paper by Adams and Davies. The main factors that have an influence on the lap shear strength are the type of adhesive, i.e. ductile or brittle, the adherend yield strength and the overlap length. The overlap increases the shear strength almost linearly if the adhesive is sufficiently ductile and the adherend does not yield. For substrates that yield, a plateau is reached for a certain value of overlap corresponding to the yielding of the adherend. For intermediate or brittle adhesives, the analysis is more complex and needs further investigation. In order to quantify the influence of the adhesive, the adherend and the overlap on the lap shear strength, the experimental design technique of Taguchi was used. An experimental matrix of 27 tests was designed and each test was repeated three times. The influence of each variable could be assessed as well as the interactions between them using the statistical software Statview. The results show that the most important variable on the lap shear strength is the overlap length followed by the type of adherend.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.194-200
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2013
In this paper, the results of composite laminate mechanical joints test(ASTM D5961) are compared with the theoretical strength calculations and FEM analysis results. To calculate the S.C.F.(stress concentration factor) on joint strength, equations on metallic and composite materials in ASM Handbook used and compared with experimental results. The difference of joint strength are compared by geometrical parameters and joining types(single/double lap joint). In FEM analysis, to find efficient FEM model on composite laminate mechanical joint, several FEM models are compared with experimental test results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.2
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pp.111-118
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2010
The joints are often the weakest areas in composite structures. In this paper, the thick aluminum-aluminum joint specimens and thick composite-aluminum single lap adhesive joint specimens were manufactured and the tensile tests were performed. The fracture mode of each specimen was investigated and the modified damage zone theory based on the yield strain was proposed and compared with experimental failure load of each mode. The failure loads of the thick aluminum-aluminum joint and composite-aluminum joint were predicted by the same failure criterion and they could be predicted to within 19.3% using the damage zone ratio method for all 14 cases investigated.
In the present work, structural joints have been modeled as a pair of translational and rotational springs and frequency equation of the overall system has been developed using sub-structure synthesis. It is shown that using first few natural frequencies of the system, one can obtain a set of over-determined system of equations involving the unknown stiffness parameters. Method of multi-linear regression is then applied to obtain the best estimate of the unknown stiffness parameters. The estimation procedure has been developed first for a two parameter joint model and then for a three parameter model, in which cross coupling terms are also included. Two cases of structural connections have been considered, first with a cantilever beam with support flexibility and then a pair of beams connected through lap joint. The validity of the proposed method is demonstrated through numerical simulation and by experimentation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.1
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pp.1-5
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2019
In this paper, the experimental study and finite elements analysis were conducted on homogeneous and dissimilar metals single lap-shear bonded joints to investigate the factor that affect the joint failure load. It was found that factors which have the significant effects on the failure load of the joint was stiffness of the adherends. And from experimental results, it can be confirmed that the failure load increases linearly with overlap length increases. And the failure load of dissimilar metal joints is approximately 1KN(10~17%) larger than homogeneous metal joints. In order to confirm this phenomenon, the stress distribution and strain distribution of the specimens were analyzed through the finite element analysis. The difference between homogeneous metals joints and dissimilar metals joints is that stress and strain in adhesive are concentrated at the end of the overlap zone close to aluminium which has lower rigidity than aluminium in case of dissimilar metals joints. From high rigidity of steel, the stress concentration in bonds are decreased and it cause increase of the failure strength at dissimilar metal joints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.3
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pp.315-321
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2010
Co-cured single lap joints under cyclic tensile loads fail initially at the tip of the interface corner between the two adherents. The failure mechanism is complex because it is related to corrosion fatigue. Corrosion behavior at the interface affects the failure of the joints because corrosion deteriorates fatigue resistance. In this study, we clarified the cause of interfacial corrosion in co-cured single lap joints under cyclic tensile loads. The failure mechanism was also analyzed by observing the failed surfaces of specimens and the stress distribution along the interface. The surface roughness at the interface and the stacking sequence of the composite adherent were examined to investigate their effects on failure of the joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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