Endommagement et rupture des assemblages hybrides adhésif-rivets

Abstract

------------------------------------------------------------------------------------------------------resume en arabe--------------------------------------------------------------------------------------------- يهدف هذا العمل إلى إنشاء نموذج لعنصر محدود لمحاكاة السلوك في تكسير فشل اختبار القص لمفصل اللفة الواحد. الفائدة من وجود نموذج عنصر محدود مرضية هو أن تكون قادرة على استخدامها لمحاكاة الحالات التي لم تكن موضوع اختبارات تجريبية. اعتمد نموذج منطقة متماسكة (CZM) لنموذج نشر التشققات في المفاصل المستعبدة ، وذلك باستخدام قانون الفصل الثنائي المتزامن الذي تم تنفيذه في كود العنصر المحدد ABAQUS. يتم تمثيل المنطقة المتماسكة بواسطة صف من العناصر المتماسكة حيث يحدث تطور الكراك. تم تحديد المعلمات من قانون متماسك من لاصق "Adekit A140" من خلال اختبارات الكسر ، التي أجريت على اختبارات DCB و ENF. يتم استخدام معيار بدء الضرر ومعيار فشل الوضع المختلط ، على التوالي ، لبدء وألحاق الضرر بالواجهات. تم اختبار اثنين من النماذج العددية من المفصل اللفة واحدة. في النموذج الأول (CZMi) ، يتم تمثيل المنطقة المتماسكة بواسطة صف من العناصر المتماسكة الموضوعة على طول واجهة مفردة (طبقة أساس لاصقة) والواجهة الثانية من النموذج يتم تركها سليمة. في النموذج الثاني (CZMii) ، يتم وضع العناصر المتماسكة على طول الواجهتين بين اللصق والطبقة التحتية. في هذه الحالة ، تشتمل المنطقة المتماسكة على صفين من العناصر المتماسكة. تم إجراء اختبارات القص التجريبية على المفاصل اللفة المفردة المستعبدة باستخدام لاصق Adekit A140 لتحديد منحنى إزاحة القوة. النموذج العددي باستخدام صف واحد من العناصر المتماسكة له منحنى إزاحة القوة انتقل إلى الوراء من منحنى إزاحة القوة التجريبية. إنها تظهر صلابة أولية أكبر وأقل مقاومة لانتشار التشقق في المفاصل. يتزامن منحنى إزاحة القوة للنموذج العددي باستخدام صفين من العناصر المتماسكة مع منحنى إزاحة القوة التجريبية. يظهر منحنى إزاحة القوة العددية صلابة أولية جيدة ومقاومة جيدة لانتشار التشقق في المفاصل. هذه النتائج العددية الأخيرة (صفان من العناصر المتماسكة) تتفق بشكل جيد مع النتائج التجريبية وتسمح لنا بالتحقق من صحة النموذج العددي المطبق في اختبارات القص للمفاصل المستعبدة. في الجزء الثاني من عملنا ، يتم تحليل سلوك التجميعات الملتصقة والمثبتة والهجينة (المستعبدة / المبردة) بواسطة اختبارات الشد ولإظهار ميزة مجموعة مختلطة على العمليات الأخرى. تم استخدام طريقة العناصر المحدودة مع كود ABAQUS الرقمي لتوضيح سلوك الكسر للتجمعات المختلفة. تم اعتماد نماذج المناطق المتماسكة (CZM) لنمذجة انتشار التشققات في الوصلات المستأصلة باستخدام قانون فصل الشد المتعامد الذي تم تنفيذه في كود عنصر محدد من ABAQUS. تم تشكيل التجميعات المنفذة بطريقة XFEM للتلف التي تم تحديدها في هذا الرمز العددي ABAQUS. يتم الجمع بين كل من أساليب CZM و XFEM لتجميع المجموعات الهجينة. النتائج متسقة مع النتائج التجريبية وتمكن من ضمان صحة النموذج العددي التطبيقي. يُظهر استخدام مجموعة مختلط مقاومة عالية مقارنة بالطرق التقليدية الأخرى ، حيث تم تسليط الضوء على عدد المسامير. يحسّن استخدام التجميع الهجين القوة الميكانيكية ويزيد من عمر الخدمة مقارنةً بمفصل اللفة الواحد ومفصل مُبرَّد. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------resume en français-----------------------------------------------------------------------------------------------Ce travail vise à établir un modèle par éléments finis pour simuler le comportement en rupture d'un joint à simple recouvrement. L'intérêt d'avoir un modèle par éléments finis satisfaisant est de pouvoir l'utiliser pour simuler les cas qui n'ont pas fait l'objet de tests expérimentaux. Un modèle de zone cohésive (CZM) a été adopté pour modéliser la propagation des fissures dans les joints collés, en utilisant une loi de traction-séparation bilinéaire mise en œuvre dans le code d'éléments finis ABAQUS. La zone cohésive est représentée par une rangée d'éléments cohésifs où la progression de la fissure aura lieu. Les paramètres de la loi de cohésion d'une surface adhésif / substrat ont été déterminés par des tests de rupture, réalisés sur des tests DCB et ENF. Un critère d'amorçage de dommage et un critère de défaillance de mode mixte sont utilisés, respectivement, pour initier et effectuer des dommages aux interfaces. Deux types de modèles numériques de joint à recouvrement simple ont été testés. Dans le premier modèle (CZMi), la zone cohésive est représentée par une rangée d'éléments cohésifs placés le long d'une seule interface (adhésif-substrat) et la seconde interface du modèle étant laissée intacte. Dans le second modèle (CZMii), les éléments cohésifs sont placés le long des deux interfaces entre l'adhésif et le substrat. Dans ce cas, la zone cohésive comprend deux rangées d'éléments cohésifs. Des essais de cisaillement expérimentaux ont été effectués sur des joints à recouvrement unique collés avec de l'adhésif Adekit A140 pour déterminer la courbe force-déplacement. Le modèle numérique utilisant une seule rangée d'éléments cohésifs a une courbe force-déplacement décalée vers l'arrière de la courbe force-déplacement expérimentale. Il montre une plus grande rigidité initiale et moins de résistance à la propagation des fissures dans les joints. La courbe force-déplacement du modèle numérique utilisant deux rangées d'éléments cohésifs coïncide avec la courbe force-déplacement expérimentale. La courbe force-déplacement numérique présente une bonne rigidité initiale et une bonne résistance à la propagation des fissures dans les joints. Ces derniers résultats numériques (deux rangées d'éléments cohésifs) sont en bon accord avec les résultats expérimentaux et permettent de valider le modèle numérique appliqué aux essais de cisaillement des joints collés. Dans la suite de notre travail, nous avons analysé le comportement des assemblages collés, rivetés et hybrides (collés / rivetés) par des essais de traction. La méthode des éléments finis a été utilisée pour modéliser sous le code de calcul ABAQUS le comportement à la rupture des différents assemblages. Des modèles de zones cohésives (CZM) ont été adoptés pour modéliser la propagation de fissures dans des assemblages collés à l'aide d'une loi de traction- séparation bilinéaire implémentée dans le code de calcul ABAQUS. Les assemblages rivetés ont été modélisés avec la méthode d'endommagement XFEM identifiée dans ce code ABAQUS. Les méthodes CZM et XFEM ont été combinées pour modéliser des assemblages hybrides. Les résultats numériques ont montré une bonne cohérence avec les résultats expérimentaux et permettent de garantir la validité du modèle numérique appliqué. L'utilisation d'un assemblage hybride montre une résistance mécanique élevée par rapport à d'autres méthodes d’assemblage conventionnelle. L'utilisation de l’assemblage hybride améliore la résistance mécanique et augmente la durée de vie par rapport à un joint à recouvrement collé et un joint riveté. ----------------------------------------------------------------------------------------------------resume en anglais----------------------------------------------------------------------------------------------------------This work aims to establish a finite element model to simulate the behaviour in cracking failure of a shear test of a single lap joint. The interest of having a satisfactory finite element model is to be able to use it to simulate the cases that have not been the subject of experimental tests. A Cohesive Zone Model (CZM) was adopted to model the propagation of cracks in bonded joints, using a bilinear traction-separation law implemented in the finite element code ABAQUS. The cohesive zone is represented by a row of cohesive elements where the progression of the crack will take place. The parameters of the cohesive law of an adhesive ‘Adekit A140’ were determined by fracture tests, performed on DCB and ENF tests. A damage initiation criterion and a mixed mode failure criterion are used, respectively, to initiate and perform damage to the interfaces. Two numerical models of single lap joint were tested. In the first model (CZMi), the cohesive zone is represented by a row of cohesive elements placed along a single interface (adhesive-substrate) and the second interface of the model being left intact. In the second model (CZMii), the cohesive elements are placed along the two interfaces of between adhesive and substrate. In this case, the cohesive zone comprises two rows of cohesive elements. Experimental shear tests were performed on single lap joints bonded with Adekit A140 adhesive to determine the force-displacement curve. The numerical model using a single row of cohesive elements has a force-displacement curve shifted backwards of the experimental force-displacement curve. It shows a greater initial rigidity and less resistance to crack propagation in the joints. The force-displacement curve of the numerical model using two rows of cohesive elements coincides with the experimental force-displacement curve. The numerical force-displacement curve shows good initial stiffness and good resistance to crack propagation in joints. These latest numerical results (two rows of cohesive elements) are in good agreement with the experimental results and allow us to validate the numerical model applied to shear tests of bonded joints. In the rest of our work, an analysis the behavior of bonded, riveted and hybrid (bonded / riveted) assemblies by tensile tests and to show the advantage of a hybrid assembly over other processes. The finite element method with the ABAQUS numerical code was used to model the fracture behavior of the different assemblies. Cohesive zone models (CZM) have been adopted to model crack propagation in bonded joints using a bilinear tensile separation law implemented in the ABAQUS finite element code. The riveted assemblies were modeled with the XFEM damage method identified in this AbAQUS numerical code. Both CZM and XFEM methods are combined to model hybrid assemblies. The results are consistent with the experimental results and make it possible to guarantee the validity of the applied numerical model. The use of a hybrid assembly shows a high resistance compared to other conventional methods, where the number of rivets has been highlighted. The use of the hybrid assembly improves mechanical strength and increases service life compared to a single lap joint and a riveted joint.