Pozorny moduł Younga klejów epoksydowych w połączeniu klejowym metali

W analizie modelowej MES jednym z istotnych elementów jest dokładne określenie stałych materiałowych takich jak moduł Younga czy współczynnik Poissona. Z reguły określa się je w standardowych próbach na próbkach „wiosełkowych” lub przyjmuje na podstawie dostępnej literatury. W przypadku połączeń klejowych sprawa jest bardziej skomplikowana. Klej w stanie płynnym, w kontakcie z powierzchnią metalu, podlega silnemu oddziaływaniu pola sił fizysorpcyjnych i chemisorpcyjnych na granicy faz. W efekcie w bezpośredniej strefie granicznej następuje specyficzne porządkowanie struktury co skutkuje zmianą właściwości tej strefy w stanie utwardzonym. Grubość tej strefy zależy od wielu czynników, najczęściej zmiana tych właściwości przejawia się wzrostem sztywności utwardzonego kleju w tej strefie. Zjawisko to znane jest jako „pozorny” moduł Younga. W sytuacji, gdy grubość warstwy kleju jest mała, a tak z reguły jest w przypadku połączeń metali, zjawisko to może w istotny sposób zwiększać niepewność otrzymanych wyników symulacji. W pracy przedstawiono badania porównawcze polegające na wyznaczeniu współczynnika sprężystości wzdłużnej kleju dla próbek „wiosełkowych” oraz kleju w spoinie klejowej dla próbek „przekładkowych”. Wyznaczono różnicę w wartości modułu Younga kleju epoksydowego oraz spoiny klejowej. Rozważano wpływ tej różnicy na stopień zgodności otrzymywanych wyników symulacji MES z wynikami badań niszczących.

---

In FEM analysis one of crucial elements is to accurately determine material constants like Young’s modulus or Poisson’s ratio. In general these constants are identified in standard tests on dumbbell-shaped samples or assumed based on available literature. In case of adhesive joints issue is much more complicated. Adhesive in its uncured state, in contact with surface of the metal, is subjected to impact of physisorption and chemisorption forces at the phase boundary. In the effect of this in the direct boundary zone occurs specific structure ordering, which results in modification of properties of this area in cured state. Thickness of this zone is dependent on various factors, predominantly change of these properties results in increased glue rigidity. This phenomenon is known as “apparent” Young’s modulus. In case, where thickness of glue layer is small, as it is typically for adhesive metal joints, this phenomenon might significantly increase uncertainty of the results of the FEM simulation. Comparative studies were shown involving the determination of the elastic modulus of adhesive of the dumbbell samples and an adhesive joint in the interleaved samples. The difference in the value of Young’s modulus of adhesive epoxy material and adhesive joint was determined. The impact of this difference on the degree of compliance of FEM simulation in comparison with results of destructive testing was considered.