Experimental Analysis and Modeling of Shear Strength of Adhesive-Bonded Single-Lap Glass Fiber Reinforced Composites

Abstract

Composite materials are being used in many fields of industry day by day. With this increasing interest in composites, the methods of joining composites have also become the focus of attention. Mechanical fasteners cause damage to the composite, increase in weight, and stress accumulation in the joint area. Recently, joining composites with adhesives has attracted the attention of researchers. In this study, glass fiber reinforced polymer composites were combined with two paste adhesive thicknesses, using two brands of paste adhesives as fast-curing and slow curing, and three different peel plies and the effects of these three different parameters on the bonding strength were investigated both experimental and numerical analyses. In the experimental part of the thesis, glass fiber reinforced polymer composites were produced by the vacuum infusion method. The surfaces modified with different peel plies were combined with two different paste adhesives. A single-impact shear test was performed to examine the bond strength. As a result, it was observed that the fast-curing paste adhesive showed better performance in bond strength. At the same time, it has been experimentally demonstrated that the paste adhesive thickness of 0.6 mm has a positive effect compared to the paste adhesive with a thickness of 0.4 mm. It has been observed that the different peel plies used did not make a critical difference in the bond strength. In the numerical part of the thesis, six different regression models were used to model the shear strength of adhesive-bonded composites and then an optimization study was carried out by selecting the two best regression models that accurately express the physical model. Using the stochastic optimization methods, Differential Evolution and Nelder Mead algorithms, the optimum shear strength values possible with the existing parameters were found. This thesis contributes to determination of the bonded samples with the highest shear stress value by determining the optimum parameters.

Kompozit malzemeler gün geçtikçe endüstrinin birçok alanında kullanılmaktadır. Kompozitlere olan ilginin artmasıyla birlikte kompozitlerin birleştirme yöntemleri de ilgi odağı haline gelmiştir. Mekanik bağlantı elemanları kompozitin zarar görmesine, ağırlık artışına ve bağlantı bölgesinde stres birikmesine neden olur. Son zamanlarda kompozitlerin yapıştırıcılarla birleştirilmesi araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Bu çalışmada, cam elyaf takviyeli polimer kompozitler, hızlı kürlenen ve yavaş kürlenen olmak üzere iki marka macun yapıştırıcı kullanılarak iki macun yapıştırıcı kalınlığı ve üç farklı soyma katıyla birleştirildi ve bu üç farklı parametrenin yapışma mukavemeti üzerindeki etkileri hem deneysel hem de sayısal analizlerle araştırıldı. Tezin deneysel kısmında cam elyaf takviyeli polimer kompozitler vakum infüzyon yöntemi ile üretilmiştir. Farklı soyma katları ile modifiye edilen yüzeyler iki farklı macun yapıştırıcı ile birleştirilmiştir. Yapışma mukavemetini incelemek için tek darbeli kesme testi yapılmıştır. Sonuç olarak, hızlı sertleşen macun yapıştırıcının yapışma mukavemetinde daha iyi performans gösterdiği gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, 0,6 mm kalınlığındaki pasta yapıştırıcının 0,4 mm kalınlığındaki pasta yapıştırıcıya kıyasla olumlu bir etkiye sahip olduğu deneysel olarak gösterilmiştir. Kullanılan farklı soyma katlarının yapışma mukavemetinde kritik bir fark yaratmadığı gözlemlenmiştir. Tezin sayısal kısmında, yapıştırıcı bağlanmış kompozitlerin kayma mukavemetini modellemek için altı farklı regresyon modeli kullanılmış ve ardından fiziksel modeli doğru bir şekilde ifade eden en iyi iki regresyon modeli seçilerek bir optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Stokastik optimizasyon yöntemleri olan Diferansiyel Evrim ve Nelder Mead algoritmaları kullanılarak mevcut parametrelerle mümkün olan optimum kayma mukavemeti değerleri bulunmuştur. Bu tez, optimum parametrelerin belirlenerek en yüksek kayma gerilmesi değerine sahip yapıştırılmış numunelerin belirlenmesine katkı sağlamaktadır.