Modélisation numérique des assemblages collés à base d’adhésifs nanostructurés

Abstract

:

الهدف من هذه الدراسة هو التحليل العددي بطريقة العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد ، كثافة وتوزيع Von Mises، إجهاد القص σ_xy والتقشير σ_yy في وصلة لاصقة بنية نانوية والتي تجمع لوحين من سبائك الألومنيومT3 -2024 . هذه المادة اللاصقة من نوع DER 331 الإيبوكسي ، مليئة بجزيئات نانوية كروية (SiO2) من نفس الحجم ، ويختلف محتواها من 0٪ إلى 30٪. يتم حقن جسيمات السيليكا النانوية في المادة اللاصقة في الحالة السائلة بطريقة متجانسة من أجل رؤية آثارها على السلوك الميكانيكي لمركب الإيبوكسي النانويليكي. المادة اللاصقة هي منطقة الضعف ، ولكن مع بقاء الواجهة مع الركيزة قوية ، يكون الفشل متماسكًا في المادة اللاصقة. مع النهج العددي ، نقدم دراسة مقارنة بين قانوني السلوك المرن الخطي والمرن المطاطي للمفصل اللاصق لإظهار تأثير حجم الجسيمات النانوية على توزيع الإجهاد داخل مادة لاصقة متشققة وغير متشققة. يتم أيضًا تقييم الضغوط وفقًا لطول التراكب للمادة اللاصقة وسمكها عن طريق عبور جبهة الشق أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها رقميًا بطريقة العناصر المحدودة أن إضافة الجسيمات النانوية في مصفوفة الإيبوكسي مع السلوك المرن يساهم في تحسين الخواص الميكانيكية لمركب الإيبوكسي، عن طريق زيادة مقاومته الميكانيكية لانتشار الشقوق. استخدام حلول الجسيمات النانوية لإبطاء انتشار الشقوق في الايبوكسي ، أو حتى لوقفها.

----------------------------------------------

Abstract :

The objective of this study is to analyze numerically by the three-dimensional finite element method, the intensity and the distribution of Von Mises, shear and peel stresses in a nanostructured adhesive joint which assembles two plates in Aluminum alloy 2024-T3. This adhesive is of DER 331 epoxy nature, filled with spherical silica (SiO2) nanoparticles of the same size, the content of which varies from 0% to 30%. These silica nanoparticles are injected into the adhesive in the liquid state in a homogeneous manner in order to see their effects on the mechanical behavior of the epoxy-nanosilica composite. The adhesive is the area of weakness, but as the interface with the substrate remains strong, the failure is cohesive in the adhesive. With a numerical approach, we present a comparative study between the two linear elastic and elastoplastic behavior laws of the adhesive joint to show the effect of the volume of nanoparticles on the stress distribution within a cracked and non-cracked adhesive. The stresses are also evaluated according to the overlap length of the adhesive and its thickness by crossing the crack front. The results obtained numerically by the finite element method show that the addition of nanoparticles in the epoxy matrix with ductile behavior contributes to the improvement of the mechanical properties of the epoxy-nanosilica composite, by increasing its mechanical resistance to the propagation of cracks. The use of nanoparticles solutions to slow down the propagation of cracks in epoxy resin, or even to stop them.

----------------------------------------------

Résumé :

L’objectif de cette étude est d'analyser numériquement par la méthode des éléments finis tridimensionnelle, l'intensité et la répartition des contraintes de Von Mises, de cisaillement et de pelage dans un joint adhésif nanostructuré qui assure l'assemblage de deux plaques en alliage d’Aluminium 2024-T3. Cet adhésif est de nature époxy DER 331, rempli de nanoparticules de silice (SiO2) sphérique et de même taille dont la teneur varie de 0 % à 30%. Ces nanoparticules de silice sont injectées dans l’adhésif à l’état liquide d’une façon homogène afin de voir leurs effets sur le comportement mécanique du composite époxy-nanosilice. L’adhésif constitue la zone de faiblesse, mais que l’interface avec le substrat reste forte, la rupture est cohésive dans l’adhésif. Avec une approche numérique on présente une étude comparative entre les deux lois de comportements élastique linéaire et élastoplastique du joint adhésif pour montrer l’effet du volume des nanoparticules sur la distribution des contrainte au sein d'un adhésif fissuré et non fissuré. Les contraintes sont évalués aussi suivant la longueur de recouvrement de l'adhésive et son épaisseur en traversant le front de fissure. Les résultats obtenus numériquement par la méthode des éléments finis montrent que l'ajout des nanoparticules dans la matrice époxyde à comportement ductile contribue à l'amélioration des propriétés mécanique du composite époxy-nanosilice, en augmentant sa résistance mécanique à la propagation des fissures. L'utilisation des solutions de nanoparticules pour ralentir la propagation de fissures dans la résine d'époxy, voire même pour les arrêter.