Failure analysis of bolted and pinned composite joints under temperature effects

Abstract

Çalışmanın ilk bölümünde, yüksek sıcaklığın ve sıkma momentinin tek katlı, çift seri cıvatalı cam elyaf / epoksi kompozit bağlantıların hasar yükleri ve hasar davranışları üzerindeki etkilerini belirlemek için deneysel hasar analizleri gerçekleştirilmiştir. Çekme testleri sırasında numunelere 40, 50, 60, 70 ve 80 santigrat derecelerinde sıcaklık kademeleri uygulanmıştır. Görülmüştür ki, sıcaklık seviyesinin yükselmesiyle birlikle, bağlantının yük taşıma kapasitesi de kademeli olarak düşmüştür. Reçine matristeki ısıl deformasyon nedeniyle, oda sıcaklığındakine oranla hasar yükündeki en yüksek azalma 70 ve 80 santigrat derece sıcaklıklarında sırasıyla yaklaşık yüzde 55 ile 70 seviyelerinde gerçekleşmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde, düşük sıcaklık ortamına maruz bırakıldığında tek katlı, çift seri cıvatalı cam elyaf / epoksi kompozit plaka bağlantıların hasar davranışları üzerine deneysel araştırmalar gerçekleştirilmiştir. 0 ile -40 santigrat dereceleri arasında değişen beş farklı sıcaklık kademesinde gerçekleştirilen deneylerin sonuçları oda sıcaklığındaki test sonuçlarıyla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Bağlantılar sıcaklık düşüşüne karşılık rijitlik artışı ile birlikte, nispeten daha yüksek yük taşıma kapasiteleri sergilemişlerdir. Deneylerin birinci ve ikinci bölümünün her ikisinde de her bir sıcaklık ortamındaki sıkma momenti etkisini sınayabilmek için cıvatalar M= 6 Nm ve M= 0 Nm (el ile sıkılmış) momentleri ile sıkılmıştır. Beklendiği üzere, daha yüksek seviyedeki çekme yükleri ön gerilme uygulanmış cıvatalara sahip bağlantılar tarafından taşınabilmektedir. Sonuçlar, sıkma momentinin, yüksek ve düşük sıcaklıklarda da halen etkili olduğunu ispat etmektedir. Ayrıca, sıfır santigrat altındaki sıcaklıklarda, sıcaklıktaki herhangi bir azalmanın sıkma momentinin bağlantı dayanımı üzerindeki etkisini yükselttiği gözlemlenmiştir. Buna ek olarak, uygulanan sıcaklığa bağlı olmaksızın, ana hasar mekanizması olarak mekanik bağlantılarda en çok tercih edilen hasar tipi olan yatak ezilme hasarı gözlemlenmiştir In the first part of the study, experimental failure analysis has been carried out to determine the effects of high temperatures and tightening torques on the failure load and failure behavior of single lap double serial fastener glass fiber / epoxy composite joints. 40, 50, 60, 70, and 80 degrees centigrade temperatures were exposed to the specimens during tensile tests. It was seen that, the load-carrying capacity of the joint is decreased gradually by increasing temperature level. In proportion to the room temperature, the maximum decrease of failure loads occurs at 70 and 80 degrees centigrade with the rate of nearly 55 and 70 percent respectively, because of the heat damage to the resin matrix. In the second part of the study, experimental investigations were conducted on failure responses of single lap double serial fastener joints in glass fiber / epoxy composite laminates when subjected to low temperature environment. The results of experiments, implemented at five different low temperature levels ranging from 0 to -40 degrees centigrade, were evaluated in comparison with room temperature tests. Joints exhibited relatively higher load-carrying capacities with increased stiffness by decreasing temperature. Both in the first and second part of experiments, bolts were fastened under M= 6 Nm and M= 0 Nm (finger tightened) torques in order to examine tightening torque effects at each temperature condition. As expected, a greater amount of bearing load could be carried by the joints with pre-tightened fasteners. The results proved that, tightening torque is still effective at elevated and low temperature conditions, Furthermore, any reduction in temperature at subzero degrees centigrade is observed to lift the effectiveness of tightening torque on the joint strength. In addition, bearing mode, the most desirable failure type in mechanically fastened joints was monitored as the main failure mode, regardless of the temperature exposed