Adhesive bonding is currently widely used in many industrial fields, particularly in the aeronautics sector. Despite its advantages over mechanical joints such as riveting and welding, adhesive bonding is mostly used for secondary structures due to its low peel strength; especially if it is simultaneously exposed to temperature and humidity; and often presence of bonding defects. In fact, during joint preparation, several types of defects can be introduced into the adhesive layer such as air bubbles, cavities, or cracks, which induce stress concentrations potentially leading to premature failure. Indeed, the presence of defects in the adhesive joint has a significant effect on adhesive stresses, which emphasizes the need for a good surface treatment. The research in this field is aimed at minimizing the stresses in the adhesive joint at its free edges by geometric modifications of the ovelapping part and/or by changing the nature of the substrates. In this study, the finite element method is used to describe the mechanical behavior of bonded joints. Thus, a three-dimensional model is made to analyze the effect of defects in the adhesive joint at areas of high stress concentrations. The analysis consists of estimating the different stresses in an adhesive joint between two 2024-T3 aluminum plates. Two types of single lap joints(SLJ) were analyzed: a standard SLJ and another modified by removing 0.2 mm of material from the thickness of one plate along the overlap length, taking into account several factors such as the applied load, shape, size and position of the defect. The obtained results clearly show that the presence of a bonding defect significantly affects stresses in the adhesive joint, which become important if the joint is subjected to a higher applied load. On the other hand, the geometric modification made to the plate considerably reduces the various stresses in the adhesive joint even in the presence of a bonding defect.
Recently, a repair method by bonding patch plates is being applied to corroded steel structures. However, one of the issues of patch plate bonding repair is the brittle debonding of the patch plates. Generally, when the delamination of the patch plates occurs, the composite effect acting between the steel members and patch plates abruptly decreases. Therefore, to prevent the brittle debonding of the patch plates, a repair method combining an adhesive and stud bolts is proposed. Till date, tensile and compressive tests have been performed for the proposed method. In this study, plate bending tests were conducted to verify the effectiveness of this method under bending conditions. Furthermore, two types of epoxy resin-based adhesives were prepared to evaluate the effectiveness of the proposed method with different adhesive properties. The test results show that the proposed method is able to prevent the brittle debonding of the patch plates in the case of both epoxy resins.
Adhesive bonding has seen rapid development in recent years, with emphasis to composite patch repairing processes of geometric defects in aeronautical structures. However, its use is still limited given its low resistance to climatic conditions and requirement of specialized labor to avoid fabrication induced defects, such as air bubbles, cracks, and cavities. This work aims to numerically analyze, by the finite element method, the failure behavior of a damaged plate, in the form of a bonding defect, and repaired by an adhesively bonded composite patch. The position and size of the defect were studied. The results of the numerical analysis clearly showed that the position of the defect in the adhesive layer has a large effect on the value of J-Integral. The reduction in the value of J-Integral is also related to the composite stacking sequence which, according to the mechanical properties of the ply, provides better load transfer from the plate to the repair piece through the adhesive. In addition, the increase in the applied load significantly affects the value of the J-Integral at the crack tip in the presence of a bonding defect, even for small dimensions, by reducing the load transfer.
The wood-concrete composite is an interesting solution in the field of Civil Engineering to create high performance bending elements for bridges, as well as in the building construction for the design of wood concrete floor systems. The authors of this paper has been working for the past few years on the development of the bonding process as applied to wood-concrete composite structures. Contrary to conventional joining connectors, this assembling technique does ensure an almost perfect connection between wood and concrete. This paper presents a careful theoretical investigation into interfacial stresses at the level of the two interfaces in composite wooden beam- reinforced concrete slab strengthened by external bonding of prestressed composite plate under a uniformly distributed load. The model is based on equilibrium and deformations compatibility requirements in all parts of the strengthened composite beam, i.e., the wooden beam, RC slab, the CFRP plate and the adhesive layer. The theoretical predictions are compared with other existing solutions. This research is helpful for the understanding on mechanical behaviour of the interface and design of the CFRP- wooden-concrete hybrid structures.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.7
no.3
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pp.107-113
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2007
This study is to investigate adhesive properties depending on the temperature, humidity, and freeze-thraw of the Steel plate adhesive strengthening method by the epoxy resin. The results are summarized as following. For the temperature variation, the debonding failure appear only after 1 cycle of temperature varoation because the coefficient of thermal expansion of the epoxy resin is comparatively large, and the bonding strength is decreased. The deformation properties and ultrasonic pulse velocity on each materials are similar until 4 cycles on the dry and moisture test. As the freeze-thraw test, the epoxy resin is degraded easily subjected to freeze-thaw cycle, comparatively easy, so the debonding failure may occur in short term because of the freeze-thaw repeatition.p
This study evaluated the multi-bonding performances of timbers as well as those of reinforcement and timber to obtain data for preparing guidelines regarding the use of timbers as large structural members. For the multi-bonding performances of timbers, four types of bonding surfaces were prepared according to the pith position. For the bonding performances of FRP (fiber-reinforced plastic)/steel plate and timber, a total of 11 types of specimens were produced for the selection of the appropriate adhesive. The bonding performances of the produced specimens were evaluated through a water soaking delamination test, a water boiling delamination test, and a block shear strength test. The test results showed that the bonding strength of the bonding surface according to the pith position was highest in the specimen for which the two sections with the pith at the center of the cross-section on timber and between the bonding surfaces (the tangential and radial sections were mixed) were bonded. Furthermore, the specimens for which the section (radial section) with the pith on the bonding surface of the timber was bonded showed a high delamination percentage. The results of the block shear strength test showed that the bonding section did not have a significant effect on the shear strength, and that the measured wood failure percentage was higher than the KS standard value. The PVAc adhesive showed the highest bonding strength between larix timber and GFRP (glass FRP). Furthermore, the epoxy and polyurethane adhesives showed good bonding strength for CFRP (carbon FRP) and structure steel, respectively.
To increase the adhesive strength of acrylonitrile butadiene rubber(NBR) and steel plate, the atmospheric pressure flame plasma(APFP) treatment device is applied. The effect of various conditions(processing velocity and distance) is experimentally investigated to ascertain the optimum conditions to yield the best adhesive properties. It is found that the optimum distance between burner port and steel plate is 40mm and the optimum processing velocity is 50m/min at given condition. When the surface is coated twice with the bonding agent, the adhesion strength of APFP treated steel plate is increased to about 20.5%. It suggests that the surface modification of steel by flame plasma treatment at atmospheric pressure is a proper and applicable method to improve the adhesion strength between steel and rubber.
In this study, the behavior characteristics of specimen strengthened with CFRP plate were analyzed according to the change of temperature. CFRP plate itself has a good resistance at the high temperature, but epoxy used as a adhesive is lost its bonding strength at the relatively low temperature. Therefore, this study carries out experiment on the beams slot-bonded with CFRP plates in order to maintain the successful bonding strength of epoxy at high temperature. It is presented that the range of glass transition temperature is 60-8$0^{\circ}C$ and RC beams slot-bonded with CFRP plate shows more increasing resistance and failure load than that of interface bonded at the high temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2246-2251
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2000
Adhesive bonding repair methods has been used for a number of decades for construction of damaged structures. In order to evaluate the life of cracked aging aircraft structures, the repair technique which uses adhesively bonded boron/epoxy composite patches is being widely considered as a cost-effective and reliable method. But, this repair method contains many shortcomings. One of these shortcomings, debonding is major issue. When the adhesive shear stress increases, debonding is caused at the end of patch and plate interface. And this debonding is another defect except cracks propagation. In this paper, we assess safety at the cracked AI-plate repaired by Br/Epoxy composite patch. Firstly, from the view of fracture mechanics, reduction of stress intensity factors is determined by the variety of patch feature. Secondly, using the elastic analysis and finite element analysis, the distribution of adhesive shear stresses is acquired. Finally, The problem of how to optimize the geometric configurations of the patch has been discussed.
Gholami, M.;Sam, A.R. Mohd;Marsono, A.K.;Tahir, M.M.;Faridmehr, I.
Steel and Composite Structures
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v.20
no.5
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pp.999-1022
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2016
The use of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) to strengthen steel structures has attracted the attention of researchers greatly. Previous studies demonstrated bonding of CFRP plates to the steel sections has been a successful method to increase the mechanical properties. However, the main limitation to popular use of steel/CFRP strengthening system is the concern on durability of bonding between steel and CFRP in various environmental conditions. The paper evaluates the performance of I-section steel beams strengthened with pultruded CFRP plate on the bottom flange after exposure to diverse conditions including natural tropical climate, wet/dry cycles, plain water, salt water and acidic solution. Four-point bending tests were performed at specific intervals and the mechanical properties were compared to the control beam. Besides, the ductility of the strengthened beams and distribution of shear stress in adhesive layer were investigated thoroughly. The study found the adhesive layer was the critical part and the performance of the system related directly to its behavior. The highest strength degradation was observed for the beams immersed in salt water around 18% after 8 months exposure. Besides, the ductility of all strengthened beams increased after exposure. A theoretical procedure was employed to model the degradation of epoxy adhesive.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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