با گسترش کاربردهای کامپوزیت­ ها در ساخت کشتی‌ها و زیردریایی­ ها (به طور مثال، رو سازه‌های کامپوزیتی، دکل­ ها و بادبان­ های کامپوزیتی، بدنه­ های مرکب و غیره) دریچه تازه­ ای در زمینه اتصالات گشوده شده است و تحقیقات گسترده­ای برای بررسی رفتار اتصالات فولاد/کامپوزیت آغاز شده است. تحقیقات انجام شده در کل در سه بخش شامل موارد زیر تقسیم می­ شوند.

  1. پیشرفت سازوکار اتصال
  2. فهم رفتار شکست اتصالات تحت بارهای سیکلی و دینامیکی
  3. پیشرفت وسایل کامپیوتری برای تحلیل سازه­ای.

بیشتر این تحقیقات به سمتی می­ روند که اتصالات بزرگِ میانِ بدنه میانی دو جداره­ ی پیشرفته از جنس فولاد ضد­زنگ و سینه و پاشنه از جنسِ مواد کامپوزیت را بهینه نمایند. بنابراین مسئله اتصال فولاد/کامپوزیت اهمیت ویژه­ای پیدا می­ کند. بیشتر مشکلات موجود در اتصال بین این دو ماده اختلاف خواص مکانیکی آنها همچون استحکام، سفتی[۱]، انبساط حرارتی[۲] و غیره است. عدم تطابق سفتی موجب ایجاد تمرکز تنش در اتصال شده و منجر به ضعف آن خواهد شد. روش­های مختلفی از جمله، پیچ[۳]، اتصال ثانویه[۴]، تزریق مشترک[۵] و سوراخ‌کاری[۶]، برای افزایش استحکام این اتصالات مورد آزمایش قرارگرفته‌اند که می­ توان به موارد زیر اشاره کرد.

[۱] Stiffness

[۲] Thermal Expansion

[۳] Bolts

[۴] Secondary Bonding

[۵] Co-infusion

[۶] Perforation


مفاهیم طراحی

دو طرح اتصال بسیار رایج و بهینه، که ترکیبی از روش­ های گفته‌شده می‌باشند، عبارت‌اند از:

  • اتصال مقید پیچی فولاد/کامپوزیت[۱]
  • تزریق مشترک در اتصال سوراخ‌کاری شده[۲]

هر دوی این روش ­ها، برای اتصال سازه­ ی ورق ساندویچی فایبر گلاس با هسته­ ی فوم، به سازه ­ی بدنه دوجداره پیشرفته از جنس فولاد ضد­زنگ می‌باشد. پس از بیان نحوه ساخت و جزئیات این اتصالات، به بررسی و تحلیل استحکام آن‌ها پرداخته می­ شود. بدین منظور از دو تیر مرجع، ساخته‌شده از کامپوزیت و فولاد ضد­زنگ به روش بیان‌شده و تیر­های مرکب حاوی اتصال مورد نظر، استفاده می­ شود و نتایج اتصال ­های مختلف بررسی خواهد شد (شکل­های ۱۵، ۱۶ و ۱۷). ضخامت ورق فولاد ضد­زنگ تقریباً ۷/۲ میلی­متر می‌باشد.

[۱] Bonded-Bolted Joint

[۲] Co-infusion Perforated Joint

com_1شکل ۱۵: تیر مرجع ساخته شده از سازه ساندویچی کامپوزیت

com_2شکل ۱۶: تیر مرجع از فولاد ضدزنگ

در شکل ۱۷ اتصال مقید پیچی فولاد/کامپوزیت نشان داده شده است. در این طرح هر کدام از قطعات کامپوزیتی و فولادی به صورت مجزا درست می­شوند. سپس دو قطعه وسیله چسباندن و پیچ کردن به هم متصل می­شوند. شکل­های ۱۸ و ۱۹ مشخصات این نوع اتصال و شکل ۲۰ اتصال نهایی را نشان می‌دهد.

 

com_3شکل ۱۷: نمایش اتصال مقید پیچی فولاد/کامپوزیت

com_4شکل ۱۸: نحوه­ی لایه چینی در نزدیکی محل اتصال

com_5

شکل ۱۹: ابعاد ورق فولادی جاسازی‌شده در اتصال مقید پیچی (محل ­های سوراخ نشده برای حفره­ ی پیچ ­ها باقی گذاشته‌شده است)

com_6شکل ۲۰: اتصال نهایی مقید پیچی فولاد/کامپوزیت پیش از آزمایش

در اتصال نوع دوم (تزریق مشترک در اتصال سوراخ­کاری شده) تیر شامل مقطع دو جداره پیشرفته فولاد ضد زنگ، به همراه دو بال و وب می‌باشد (شکل ۲۱).

 

com_7شکل ۲۱: تیر دو جداره پیشرفته از جنس فولاد ضد زنگ در اتصال تزریق مشترک در اتصال سوراخ­کاری شده

در انتهای تیر که مکان اتصال است، ورق ­های فولادی عرضی[۱] به صفحات بال و وب جوش داده شده است. این زائده ­ها در درون سازه­ی ساندویچی کامپوزیت جا داده می­شود. اما قبل از آن با انجام عملیات سوراخ‌کاری روی این دو زائده، استحکام سازه را افزایش می­ دهند. سپس مرحله تزریق رزین و محکم شدن رزین باقی خواهد ماند (شکل ۲۲). در شکل­ های ۲۳ و ۲۴ به ترتیب نحوه­ی آماده سازی زائده ­ها و لایه چینی کامپوزیت در جوار ناحیه اتصال، نشان داده شده است. در شکل ۲۵ اتصال نهایی پیش از انجام آزمایش­ ها مشاهده می­شود.

[۱] Web Frame

 

com_8شکل ۲۲: نمایش اتصال تزریق مشترک در اتصال سوراخ‌کاری شده

com_9شکل ۲۳: ابعاد ورق سوراخ­ شده در اتصال تزریق مشترک در اتصال سوراخ­ کاری شده کامپوزیت/فولاد

com_10شکل ۲۴: نمایش نحوه لایه چینی کامپوزیت در جوار اتصال با تیر فولادی در اتصال تزریق مشترک در اتصال سوراخ‌کاری شده

com_11شکل ۲۵: اتصال نهایی به روش تزریق مشترک در اتصال سوراخ‌کاری شده پیش از آزمایش

این خبر را به اشتراک بگذارید :