Optimisation of metal-to-composite bonded joints with various adhesive layer configurations using finite element method

Abstract

The purpose of this paper was to optimise several bonded joints using the optimisation cycle implemented in finite element analysis (FEA) software. These bonded joints were compared to each other based on different geometry and strength obtained by the optimisation cycle. For these bonded joints the bonded surfaces had various shapes and parameters. The impact of the length, thickness and cross-section angle of the adhesive layer on the resulting stress level and the final relative twist angle between a composite tube and a steel flange have been investigated. Specimens with cylindrical bonding surface were used as the reference shape, which influenced the calculated strength of the specimens. The shape of the bonded joint is in accordance with the bonded joints used for transmitting torque to machine tool spindles in machine tool design and results of this research will be used for similar applications.

Cílem tohoto příspěvku bylo optimalizovat lepený spoj pomocí optimalizačního cyklu implementovaného v analýze MKP. Lepené spoje byly vzájemně porovnávány na základě odlišné geometrie a síly získané optimalizačním cyklem. Lepené povrchy těchto spojů měly různé tvary a parametry. Byl zkoumán vliv úhlu, délky, tloušťky a průřezu lepicí vrstvy na výsledné napětí a úhel sklonu mezi kompozitní trubkou a ocelovou přírubou. Jako referenční byly vybrány vzorky s válcovým tvarem vrstvy lepidla. Tvar spoje koresponduje s konkrétní aplikací spoje pro přenos krouticího momentu do vřetena obráběcích strojů. Výsledky tohoto výzkumu budou použity pro podobné aplikace.