تحلیل و بهینه سازی اتصال چسبی لوله های کامپوزیتی به روش عددی و مقایسه با نتایج تجربی

امروزه اتصالات چسبی به دلیل وزن کم و مقاومت بالا در مقابل خوردگی، در صنایع هوا فضا، کشتی سازی، انتقال مواد خورنده در داخل آب و صنایع گاز کاربرد بسیار دارند. از آنجایی که اتصالات، ضعیف ترین قسمت هر سازه محسوب می شوند، تحلیل و طراحی این اتصالات در درجه اول اهمیت قرار دارند. در این مقاله اتصال چسبی دو لوله کامپوزیتی با استفاده از کوپلینگ به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس مدل سازی می شود. سپس برای دستیابی به بیشترین استحکام، بهینه سازی اتصال چسبی لوله های کامپوزیتی، به دو روش تک هدفه و دو هدفه و به روش تاگوچی، الگوریتم ژنتیک و تلفیقی از دو روش صورت می گیرد. در بهینه سازی تک هدفه، مقاومت اتصال و در بهینه سازی دو هدفه مقاوت و وزن اتصال مورد بررسی قرار می گیرد. پارامترهای طراحی شامل طول کوپلینگ، زاویه فیبر کوپلینگ، ضخامت کوپلینگ، ضخامت چسب و زاویه پخ چسب می باشند. از بین 25 نوع اتصال ماتریس طراحی آزمایشات تاگوچی، اتصال بهینه برای هرکدام از بارگذاری ها از قبیل بارگذاری کششی، خمشی و تست سفتی مشخص می شود. پس از تعیین مقادیر بهینه پارامترها، تحت بارگذاری های مختلف، صحت نتایج مدل سازی عددی با استفاده از آزمایشات مورد بررسی قرار می گیرد. در مرحله آزمایشات، تعدادی از 25 حالت اتصال چسبی کامپوزیتی ماتریس طراحی آزمایشات تاگوچی ساخته شده و تحت بارگذاری های ذکر شده قرار داده می شود تا نتایج مدل سازی عددی با آزمایش های عملی مقایسه گردند. آزمایش های عملی بر روی نمونه های آزمایشگاهی اتصالات چسبی کامپوزیتی تحت بارگذاری های کششی، خمشی و تست سفتی حلقوی صورت می گیرد و بدین منظور فک های مخصوص اعمال بارگذاری های ذکر شده تهیه و مورد استفاده قرار می گیرد. با توجه به امکانات آزمایشگاهی، معیار صحه گذاری مدل سازی عددی، برای هر نوع بارگذاری متفاوت خواهد بود. در آزمایش تست کشش اتصال چسبی کامپوزیتی، نمودار نیرو جابجایی، معیاری برای بررسی صحت نتایج می باشد. این معیار برای تست سفتی حلقوی، میزان سفتی تعریف شده برای لوله های کامپوزیتی، می باشد. در بارگذاری خمشی نیز، علاوه بر نمودار نیرو -جابجایی، از شکست اتصال چسبی نیز به عنوان معیاری برای صحه گذاری نتایج استفاده می گردد. در پایان نتایج مدل سازی عددی با بررسی های آزمایشگاهی مقایسه گردیده و همچنین مقادیر بهینه پارامترها در بارگذاری های مختلف مورد تحلیل قرار می گیرد.