Numerical crack nucleation and propagation analyses of bonded joints

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Jarno Jokinen

Organisaatiot

Kuvaus

Delaminaatiot ja liimaliitosten murtumiset ovat yleisiä rajapintavaurioita, jotka voivat merkittävästi alentaa rakenteiden kuormankantokykyä. Vaurioiden kriittisyyttä arvioidaan tyypillisesti numeerisilla analyysimenetelmillä, joista kaksi yleisintä ovat virtuaalisen särön sulkemismenetelmä (Virtual Crack Closure Technique, VCCT) ja koheesioelementit (Cohesive Zone Modelling, CZM). Väitöskirjan tavoitteena on tarkastella kyseisten menetelmien rajoituksia ja laajentaa niiden käytettävyyttä. Työ jakautuu neljään osatutkimukseen. Kahdessa ensimmäisessä tarkastelun kohteena on VCCT-menetelmä, jonka käyttö rajoittuu tavallisesti elastisten rakenteiden särönkasvutarkasteluihin. Tutkimuksessa selvitetään menetelmän toimivuutta, kun liimaliitoksen liimassa tai liimattavissa kappaleissa esiintyy plastisuutta. Toimivuutta tarkastellaan analysoimalla standardien mukaisia liimakoekappaleita ja vertaamalla laskennan tuloksia kokeissa mitattuihin tuloksiin. Kolmannessa osatutkimuksessa tarkastelun kohteena on CZM- ja VCCT-menetelmien yhdistelmä. Työssä kehitetyssä menetelmässä koheesioelementtejä käytetään särön muodostumisen analysointiin ja VCCT:tä särön kasvun analysointiin. Menetelmän toimivuutta tarkastellaan vertaamalla standardikoekappaleen laskentatuloksia koetuloksiin ja muiden laskentamenetelmien antamiin tuloksiin. Väitöskirjan viimeisessä osatutkimuksessa tarkastellaan särön syntyä ja kasvua lämpöjännitysten ja mekaanisen kuorman rasittamassa, hybridilaminaatista valmistetussa koekappaleessa. CZM-, VCCT- ja yhdistelmämenetelmillä laskettujen tulosten hyvyyttä arvioidaan vertaamalla niitä koetuloksiin. Tutkimus osoittaa, että VCCT-menetelmä soveltuu tarkastelutapausta vastaavien liimaliitosten analyysiin myös silloin, kun liima-aine myötää kuormituksen vaikutuksesta. VCCT antaa myös analyyttisiin laskentamenetelmiin verrattuna paremman tuloksen säröpituudelle, kun tarkastelun kohteena on koekappale, jossa liimatut metallilevyt myötävät. Kehitetyn CZM-VCCT yhdistelmämenetelmän todetaan antavan kokeita vastaavia tuloksia tarkastellulle koekappaleelle eri särön kasvun vaiheissa. Yhdistelmämenetelmällä on mahdollista arvioida myös särön muodostumista hybridilaminaatista valmistetussa, lämpöjännitysten ja mekaanisen kuorman rasittamassa koekappaleessa. Myös CZM-menetelmä todetaan tähän tarkoitukseen soveltuvaksi, kun taas VCCT-menetelmällä ei voida analysoida kyseisen tyyppistä kuormitustapausta.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8824-2
Sähköinen ISBN978-952-60-8825-9
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • koheesioelementit, delaminaatio

ID: 38797388