Determination of the Adhesive Strength of a Laminated Glue Material under Three-Point Bending

S. V. Smirnov; I. A. Veretennikova; D. I. Vichuzhanin; A. V. Pestov

doi:10.17804/2410-9908.2019.6.026-036

S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, D. I. Vichuzhanin, A. V. Pestov

DETERMINATION OF THE ADHESIVE STRENGTH OF A LAMINATED GLUE MATERIAL UNDER THREE-POINT BENDING

DOI: 10.17804/2410-9908.2019.6.026-036

The test procedure and the results of testing the effect of stress on the adhesive strength of a glue joint under shear are discussed. Three-point bending testing of samples of an AMg6-NVP aluminum-magnesium multilayer alloy and a two-component cold-curing epoxy glue is chosen as a research method. An experimental correlation between the specific work of shear-type adhesive failure and the stress state has been obtained from video analysis and finite element modeling. It is shown that low adhesive strength is observed in the presence of tensile stresses normal to the joint plane. The work spent on shear-type adhesive failure intensively increases under the action of compressive normal stresses. The results can be used to evaluate the structural strength of adhesive joints under a complex stress state.

Acknowledgement: The experimental procedures for testing polymer coatings were developed in accordance with the research plan for the IES UB RAS, theme AAAA-A18-118020790145-0. The Ural Branch of the RAS financially supported (project 18-11-1-11) the purchase of the test materials and the three-point bending study of the effect of the stress state on the specific work of shear-type adhesive failure for a glue joint. The equipment installed in the Plastometriya collective use center, IES UB RAS, was used in the experimental investigation.

Keywords: adhesive failure, glue joint, epoxy glue, three-point bending test

References:

Hutchinson J.W., Suo Z. Mixed Mode Cracking in Layered Materials. Advanced in Applied Mechanics, 1992, vol. 29, pp. 63–191. DOI: 10.1016/S0065-2156(08)70164-9.
Volinsky A.A., Moody N.R., Gerberich W.W. Interfacial toughness measurements for thin ﬁlms on substrates. Acta Materialia, 2002, vol. 50, pp. 441–466. DOI: 10.1016/S1359-6454(01)00354-8.
Tamuzh V.P., Protasov V.D. Razrushenie konstruktsiy iz kompozitnykh materialov [The Fracture of Structures Made of Composite Materials]. Riga, Zinatne Publ., 1986, 264 p. (In Russian).
Tarnopol'skij Yu.M., Kincis T.Ya. Metody staticheskikh ispytaniy armirovannykh plastikov [Methods of Static Testing of the Reinforced Plastics]. Moscow, Khimiya Publ., 1981, 272 p. (In Russian).
Smirnova E.O., Veretennikova I.A., Smirnov S.V., Pestov A.V., Konovalov D.A. Adhesive Characteristics of Epoxy Glue in Relation to the Microgeometry of the Substrate Surface. In: AIP Conference Proceedings, 2018, 2053, 030066. Available at: https://doi.org/10.1063/1.5084427
Oliver W.C., Pharr G.M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load–displacement sensing indentation experiments. Journal of Materials Research, 1992, vol. 7, iss. 6, pp. 1564–1583. DOI: 10.1557/JMR.1992.1564.
Conradi M., Zorko M., Kocijan A., Verpoest I. Mechanical properties of epoxy composites reinforced with a low volume fraction of nanosilica fillers. Materials Chemistry and Physics, 2013, vol. 137, iss. 3, pp. 910–915. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.11.00.
Morozov E.M., Zernin M.V. Kontaktnye zadachi mekhaniki razrusheniya [Contact Problems of Fracture Mechanics]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1999, 544 p. (In Russian).
Smirnov S.V., Veretennikova I.A., Vichuzhanin D.I. Modeling of delamination in multilayer metals produced by explosive welding under plastic deformation. Computational Continuum Mechanics, 2014, vol. 7, no. 4, pp. 398–411. DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.38. (In Russian).
Smirnov S.V., Domilovskaya T.V. Damage accumulation upon plastic deformation under monotonic loading. Russian Metallurgy (Metally), 2002, no. 5, pp. 470–476.
Smirnov S.V., Domilovskaya T.V. Definition of the kinetic equation form for damage under the plastic deformation. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2003, vol. 26, iss. 4, pp. 373–379. DOI: 10.1046/j.1460-2695.2003.00624.x.
Kolmogorov V.L. Napryazheniya, deformatsii, razrushenie [Stresses, Strains, Fracture]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1970, 232 p. (In Russian).
Hooke R. and Jeeves T.A. Direct Search Solution of Numerical and Statistical Problems. Journal of the ACM, vol. 8, no. 2, 1961, pp. 212–229. DOI: 10.1145/321062.321069.

С. В. Смирнов, И. А. Веретенникова, Д. И. Вичужанин, А. В. Пестов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВОГО СЛОИСТОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ТРЕХТОЧЕЧНОМ ИЗГИБЕ

В статье описаны методика и результаты исследования влияния напряженного состояния на адгезионную прочность в условиях сдвига для клеевого соединения. В качестве испытания выбран трехточечный изгиб многослойных образцов из алюминий-магниевого сплава АМг6-НВП и эпоксидного двухкомпонентного клея холодного отверждения. На основании анализа видеосъемки и конечно-элементного моделирования испытаний, была получена зависимость удельной работы адгезионного разрушения по механизму сдвига от показателя напряженного состояния. Показано, что при наличии растягивающих напряжений, нормальных к плоскости соединения, наблюдается низкая адгезионная прочность. В условиях действия сжимающих нормальных напряжений величина работы, затрачиваемой на адгезионное разрушение сдвигом, интенсивно возрастает. Полученные результаты могут быть использованы при оценке конструктивной прочности клеевых соединений в условиях сложного напряженного состояния.

Благодарность: Разработка экспериментальных методик исследования полимерных покрытий выполнена в соответствии с планом работ ИМАШ УрО РАН по теме АААА-А18-118020790145-0. Рос-сийским научным фондом была оказана финансовая поддержка (проект 19-19-00571) в при-обретении материалов для испытаний и в исследовании методом трехточечного изгиба влияния напряженного состояния на удельную работу адгезионного разрушения по меха-низму сдвига для клеевого соединения. При выполнении экспериментальных исследований было использовано оборудование ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН.

Ключевые слова: адгезионное разрушение, клеевое соединение, эпоксидный клей, трехточечный изгиб

Библиография:

Hutchinson J. W., Suo Z. Mixed Mode Cracking in Layered Materials // Advanced in Applied Mechanics. – 1992. – Vol. 29. – P. 63–191. – DOI: 10.1016/S0065-2156(08)70164-9.
Volinsky A. A., Moody N. R., Gerberich W. W. Interfacial toughness measurements for thin ﬁlms on substrates // Acta Materialia. – 2002. – Vol. 50. – P. 441–466. – DOI: 10.1016/S1359-6454(01)00354-8.
Тамуж В. П., Протасов В. Д. Разрушение конструкций из композитных материалов. – Рига : Зинатне, 1986. – 264 с.
Тарнопольский Ю. М., Кинцис Т. Я. Методы статических испытаний армированных пластиков. – М. : Химия, 1981. – 272 с.
Adhesive Characteristics of Epoxy Glue in Relation to the Microgeometry of the Substrate Surface / E. O. Smirnova, I. A. Veretennikova, S. V. Smirnov, A. V. Pestov, D. A. Konovalov // AIP Conference Proceedings. – 2018. – Vol. 2053. – 030066. – DOI: 10.1063/1.5084427.
Oliver W. C., Pharr G. M. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load–displacement sensing indentation experiments // Journal of Materials Research. – 1992. – Vol. 7, iss. 6. – P. 1564–1583. – DOI: 10.1557/JMR.1992.1564.
Mechanical properties of epoxy composites reinforced with a low volume fraction of nanosilica fillers / M. Conradi, M. Zorko, A. Kocijan, I. Verpoest // Materials Chemistry and Physics. – 2013. – Vol. 137, iss. 3. – P. 910–915. – DOI: 10.1016/j.matchemphys.2012.11.00.
Морозов Е. М., Зернин М. В. Контактные задачи механики разрушения. – М. : Машиностроение, 1999. – 544 с.
Смирнов С. В., Веретенникова И. А., Вичужанин Д. И. Моделирование расслоения при пластической деформации биметаллического материала, полученного сваркой взрывом // Вычислительная механика сплошных сред. – 2014. – Т. 7, № 4. – C. 398–411. – DOI: 10.7242/1999-6691/2014.7.4.38.
Смирнов С. В., Домиловская Т. В. Накопление поврежденности при пластической деформации в условиях монотонного нагружения // Металлы. – 2002. – № 5. – С. 68–76.
Smirnov S. V., Domilovskaya T. V. Definition of the kinetic equation form for damage under the plastic deformation // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures. – 2003. – Vol. 26, iss. 4. – P. 373–379. – DOI: 10.1046/j.1460-2695.2003.00624.x.
Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушение. – М. : Металлургия, 1970. – 232 с.
Хук Р., Дживс Т. А. Прямой поиск решения для числовых и статических проблем. – 1961. – С. 212–219.

Библиографическая ссылка на статью

Determination of the Adhesive Strength of a Laminated Glue Material under Three-Point Bending / S. V. Smirnov, I. A. Veretennikova, D. I. Vichuzhanin, A. V. Pestov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2019. - Iss. 6. - P. 25-36. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2019.6.026-036. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2019-6/2019-6_277.html
(accessed: 21.12.2024).