Apesar da complexidade do processo de falha por extrusão de conexões aparafusadas em materiais compósitos

Apesar da complexidade do processo de falha por extrusão de conexões aparafusadas em materiais compósitos, sua falha por extrusão é causada principalmente pela perda de compressão da fibra e da matriz [9]. As falhas de compressão das fibras incluem microtrincas e flambagem das fibras. Quando a relação entre as tensões de cisalhamento externas e as tensões de tração ao longo da direção da espessura atinge um valor crítico, a flamagem local da fibra é acionada, resultando em danos por extrusão que começam na camada mais externa do revestimento a 0° [10]. E a flexão da fibra fará com que as fibras se torçam e se dobrem, formando bandas torcidas e dobradas. De acordo com a análise de sensibilidade, o aumento da proporção de pavimentos a 0° pode aumentar a resistência de extrusão de ligações aparafusadas em compósitos [11]. Alternativamente, a delaminação pode ser suprimida através da adoção de uma única camada espessa, resultando em uma maior força de extrusão [12]. A falha por extrusão de conexões aparafusadas em laminados compósitos com camada simples espessa é uma combinação de quatro modos de dano: torção e dobra da fibra, fissuração da matriz em cunha, separação fibra-matriz e esmagamento [12]. A microflaqueza da fibra e a fissuração da matriz são os principais modos de iniciação do dano, enquanto as trincas de cisalhamento ao longo da direção da espessura dominam o processo de dano progressivo [12].

02 projeto reforçado da conexão aparafusada do composto

2, 1 projeto reforçado com luva de metal embutida ou porca embutida no orifício

Os pesquisadores propuseram o projeto de reforço local de uma conexão de parafuso parafuso expandindo o furo de uma conexão de parafuso composto e encaixando uma luva de metal ou uma porca embutido no furo do parafuso [13-23], como mostrado na figura 5.

Nilsson[13], do instituto sueco de aeronáutica, descobriu que a manga de aço e a manga de alumínio embutidas no furo do parafuso aumentam a carga de falha de conexões aparafusadas de compósito de fibra de carbono/resina epóxi (CF/EP) em 20% e 29%, respectivamente, sem alterar o modo de falha original por extrusão; A carga de falha pode ser aumentada em 32% e 57% quando a manga de aço e alumínio são coladas com a camada adesiva de extração, respectivamente, mas também faz com que o modo de falha mude de falha de extrusão para falha de tração e extensão e falha da camada adesiva, como mostrado na figura 6. Camanho et al. [14] reforçou o projeto de conexões aparafusadas em compósito CF/EP, colando uma manga de alumínio com extremidades cônicas no orifício do parafuso, resultando em um aumento de 24% na carga de falha das conexões aparafusadas. Xing lifeng et al. [15] descobriram que a luva de aço incorporada no furo do parafuso pode aumentar a carga de falha de conexões aparafusadas de materiais compósitos CF/EP em 14%.

Recentemente, Akbarpour e hallstr öm propuseram um novo tipo de design de manga de metal [16-19], como mostrado na figura 7. Este projeto requer a integração de finas camadas metálicas na posição de abertura do laminado compósito durante o processo de fabricação do compósito.

Eles incorporaram a manga de aço em um laminado de compósito CF/EP e projetaram três esquemas de reforço [16], como mostrado na figura 8. Três estruturas de reforço foram testadas através de ensaios de resistência à extrusão e verificou-se que as configurações A, B e C aumentaram A resistência à extrusão em 61%, 50% e 12%, respectivamente, para as ligações aparafusadas do compósito CF/EP.

Eles também estudaram o efeito da largura de laminados compósitos CF/EP sobre o reforço da manga de aço [17] e descobriram que o reforço é praticamente inafetado pela largura do laminado, mas quando a largura é pequena, o modo de falha muda de falha por extrusão para deformação plástica na borda do furo. Além disso, ele investigou o efeito do método de reforço no aumento da resistência de uniões de pregos simples e de dois pregos em materiais de recompósitos CF/EP através de testes experimentais. Ambos encontraram um aumento mais acentuado na resistência, mas inevitavelmente causando uma mudança no modo de falha.

Eles ainda compararam o material da luva para o efeito de aprimoramento da sonoridade [18] e descobriram que a luva de aço poderia aumentar a força de extrusão de um laminado de compósito CF/EP em 50%-60%, enquanto a luva de titânio poderia aumentar sua força de extrusão em 35%-45%. Ambos os tipos de mangas permitem um aumento de 40%-45% na força da conexão de dois pregos para o material de laminação CF/EP.

Recentemente, Xu et al. [20] usaram mangas de metal para realizar o ajuste de interferência de conexões aparafusadas de compósito CF/EP. Descobriu-se que a adição de mangas de metal para o ajuste de interferência pode aumentar a carga de falha inicial da conexão aparafusada em 33% e a resistência final em 12%, em comparação com as conexões aparafusadas com ajuste de interferência convencional, sem alterar o modo de falha de extrusão original.

Em vista da fibra de vidro reforçada polímero (GFRP) material composto de conexão aparafusada, Mara et al. [21] através do estudo de teste descobriu que a luva de aço colada no orifício pode aumentar a carga de falha da fibra de vidro/fibra de poliéster (GF/PET) conexão aparafusada e manter o modo de falha de extrusão original, Ao mesmo tempo, a deformação plástica da manga alivia o grau de deformação por extrusão do furo. A wang guojiie [22] avaliou o efeito de uma porca de aço embutido na resistência de uma união aparafusada de um compósito de fibra de vidro/poliuretano (GF/PU) por meio de simulação numérica fraccionada.

O mecanismo de reforço do método acima é através do efeito de transição da luva de metal ou porca, a conexão de parafuso composta é convertida em conexão de parafuso de parafuso de metal, de modo a aumentar a força da conexão de parafuso composta. Este método não só altera a distribuição de tensão na borda do furo, mas também pode evitar danos na borda do furo devido à instalação repetida do parafuso. Ele também pode ser usado para reparar furos contendo danos em conexões aparafusadas. Mas a desvantagem é que a introdução de mangas metálicas e porcas levou a um aumento significativo no peso das conexões aparafusadas de material composto.

2.2 projeto aprimorado com camadas finas ou convexos adicionados localmente no exterior/entre as camadas

Os pesquisadores propusieron um projeto de aprimoramento local com a adição de camadas finas no exterior ou entre as camadas da área próxima ao furo do parafuso ou a configuração de um convés circular-anular para a conexão aparafusada [22, 24-26], como mostrado na figura 9.