Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio)

Translated title of the contribution: Finite element evaluation for adhesive joints dissimilar material (steel – aluminum)

Celso Cruz, Jaime Taha-Tijerina, Saul Santillán, Rodrigo Romero, Alexandre Jamilloux, Pedro Gonzalez-Garcia, Hugo Gamez Cuatzin

Research output: Contribution to journalArticle

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Abstract

In the automotive industry the demand for the reduction of CO2 emissions and environmental issues has generated regulations such as the CAFE (Corporate Average Fuel Economy). One critical point to be addressed is the weight reduction, this can be achieved by the substrate combination that can provide light weight, strength and stiffness. Adhesive bonding, is a technology in which one of its advantages is that it can join dissimilar materials. However, for the safe operation of bonded components, it is necessary to know their mechanical behavior in order to establish suitable operating parameters.
The present manuscript presents a finite element analysis for dissimilar metal (aluminum-steel) adhesive bonded joints with different adhesives (methyl methacrylate, one and two component epoxy) and different thicknesses (3.9 and 2.9 mm).
The substrates and adhesives were characterized to obtain a positive identification of the material and to feed the ABAQUS® software employed in the finite element analysis. In order to validate the model, lap shear tests were performed on samples bonded with the adhesives mentioned before. To verify the amount plastic strain, strain gauges were used bonded near the overlap area. Finally, post-fracture analyzes were used to analyze the type of failure.
The results, provide information related to the mechanical behavior and stress distribution of the joints. It was revealed, that the strength of the joint depends on the type of adhesive and that the shear strength is not affected by the ductility of the adhesive. Additionally, the average normal stresses are greater in the edges of the adhesive joint and are responsible for the generation of the crack as could be verified in the post-fracture analysis. Finally, extensometer analysis suggested that higher stress was concentrated in the aluminum adherend without surpassing the yield stress.
Original languageSpanish
Pages (from-to)404 - 410
Number of pages7
JournalDyna (Spain)
Volume93
Issue number4
DOIs
Publication statusPublished - Jul 2018
Externally publishedYes

Fingerprint

Dissimilar materials
Adhesive joints
Adhesives
Aluminum
Steel
Dissimilar metals
Finite element method
Dilatometers
ABAQUS
Substrates
Fuel economy
Strain gages
Automotive industry
Shear strength
Yield stress
Ductility
Stress concentration
Plastic deformation
Stiffness
Cracks

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  • Engineering(all)

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Cruz, C., Taha-Tijerina, J., Santillán, S., Romero, R., Jamilloux, A., Gonzalez-Garcia, P., & Gamez Cuatzin, H. (2018). Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio). Dyna (Spain), 93(4), 404 - 410. https://doi.org/10.6036/8619
Cruz, Celso ; Taha-Tijerina, Jaime ; Santillán, Saul ; Romero, Rodrigo ; Jamilloux, Alexandre ; Gonzalez-Garcia, Pedro ; Gamez Cuatzin, Hugo . / Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio). In: Dyna (Spain). 2018 ; Vol. 93, No. 4. pp. 404 - 410.
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abstract = "En la industria automotriz la demanda para la reducci{\'o}n de emisiones de CO2 y los problemas ambientales, ha generado normativas como la ley CAFE (Corporate Average Fuel Economy). Uno de los puntos de dicha normativa es la reducci{\'o}n de peso, dicha, puede realizase mediante la combinaci{\'o}n de sustratos que proporcionen ligereza, resistencia y rigidez. Los adhesivos, son tecnolog{\'i}as en la cual una de sus ventajas es que puede unir materiales dis{\'i}miles. Sin embargo, para la operaci{\'o}n segura de los componentes, es necesario conocer el comportamiento mec{\'a}nico de dichas uniones para establecer par{\'a}metros de operaci{\'o}n adecuados. El presente trabajo presenta un an{\'a}lisis, mediante elementos finitos, de juntas unidas con tres adhesivos diferentes (metil metacrilato, ep{\'o}xico de un componente y ep{\'o}xico de dos componentes) con sustratos dis{\'i}miles en propiedades (aluminio-acero) y espesores (3.9 y 2.9 mm)Los sustratos y adhesivos, se caracterizaron para obtener una identificaci{\'o}n positiva del material y alimentar el software ABAQUS{\circledR} utilizado en la simulaci{\'o}n de elementos finitos. Para validar el modelo, se realizaron pruebas de cizallamiento en muestras unidas con los tres adhesivos. Para verificar la deformaci{\'o}n pl{\'a}stica generada, se emplearon galgas extensom{\'e}tricas cercanas a la zona de traslape de la junta. Finalmente, an{\'a}lisis post-fractura fueron empleados para analizar el tipo de falla.Loa resultados, generaron informaci{\'o}n respecto al comportamiento mec{\'a}nico y distribuci{\'o}n de esfuerzos de las uniones estudiadas. En el mismo orden de ideas, se revelo que la resistencia de la junta depende del tipo de adhesivo y que la resistencia al corte no se ve afectada por la ductilidad del adhesivo. Tambi{\'e}n, que los esfuerzos normales promedio son mayores en las aristas de la junta adhesiva y son los responsables de la generaci{\'o}n de la grieta como se pudo comprobar en los an{\'a}lisis post-fractura. Finalmente, los an{\'a}lisis mediante extens{\'o}metro sugirieron que el esfuerzo mayor se concentra en el adherendo de aluminio sin sobre pasar el esfuerzo de fluencia.",
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Cruz, C, Taha-Tijerina, J, Santillán, S, Romero, R, Jamilloux, A, Gonzalez-Garcia, P & Gamez Cuatzin, H 2018, 'Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio)', Dyna (Spain), vol. 93, no. 4, pp. 404 - 410. https://doi.org/10.6036/8619

Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio). / Cruz, Celso; Taha-Tijerina, Jaime; Santillán, Saul; Romero, Rodrigo ; Jamilloux, Alexandre; Gonzalez-Garcia, Pedro; Gamez Cuatzin, Hugo .

In: Dyna (Spain), Vol. 93, No. 4, 07.2018, p. 404 - 410.

Research output: Contribution to journalArticle

TY - JOUR

T1 - Evaluación por elementos finitos de uniones con adhesivos de materiales disímiles (Acero - Aluminio)

AU - Cruz, Celso

AU - Taha-Tijerina, Jaime

AU - Santillán, Saul

AU - Romero, Rodrigo

AU - Jamilloux, Alexandre

AU - Gonzalez-Garcia, Pedro

AU - Gamez Cuatzin, Hugo

PY - 2018/7

Y1 - 2018/7

N2 - En la industria automotriz la demanda para la reducción de emisiones de CO2 y los problemas ambientales, ha generado normativas como la ley CAFE (Corporate Average Fuel Economy). Uno de los puntos de dicha normativa es la reducción de peso, dicha, puede realizase mediante la combinación de sustratos que proporcionen ligereza, resistencia y rigidez. Los adhesivos, son tecnologías en la cual una de sus ventajas es que puede unir materiales disímiles. Sin embargo, para la operación segura de los componentes, es necesario conocer el comportamiento mecánico de dichas uniones para establecer parámetros de operación adecuados. El presente trabajo presenta un análisis, mediante elementos finitos, de juntas unidas con tres adhesivos diferentes (metil metacrilato, epóxico de un componente y epóxico de dos componentes) con sustratos disímiles en propiedades (aluminio-acero) y espesores (3.9 y 2.9 mm)Los sustratos y adhesivos, se caracterizaron para obtener una identificación positiva del material y alimentar el software ABAQUS® utilizado en la simulación de elementos finitos. Para validar el modelo, se realizaron pruebas de cizallamiento en muestras unidas con los tres adhesivos. Para verificar la deformación plástica generada, se emplearon galgas extensométricas cercanas a la zona de traslape de la junta. Finalmente, análisis post-fractura fueron empleados para analizar el tipo de falla.Loa resultados, generaron información respecto al comportamiento mecánico y distribución de esfuerzos de las uniones estudiadas. En el mismo orden de ideas, se revelo que la resistencia de la junta depende del tipo de adhesivo y que la resistencia al corte no se ve afectada por la ductilidad del adhesivo. También, que los esfuerzos normales promedio son mayores en las aristas de la junta adhesiva y son los responsables de la generación de la grieta como se pudo comprobar en los análisis post-fractura. Finalmente, los análisis mediante extensómetro sugirieron que el esfuerzo mayor se concentra en el adherendo de aluminio sin sobre pasar el esfuerzo de fluencia.

AB - En la industria automotriz la demanda para la reducción de emisiones de CO2 y los problemas ambientales, ha generado normativas como la ley CAFE (Corporate Average Fuel Economy). Uno de los puntos de dicha normativa es la reducción de peso, dicha, puede realizase mediante la combinación de sustratos que proporcionen ligereza, resistencia y rigidez. Los adhesivos, son tecnologías en la cual una de sus ventajas es que puede unir materiales disímiles. Sin embargo, para la operación segura de los componentes, es necesario conocer el comportamiento mecánico de dichas uniones para establecer parámetros de operación adecuados. El presente trabajo presenta un análisis, mediante elementos finitos, de juntas unidas con tres adhesivos diferentes (metil metacrilato, epóxico de un componente y epóxico de dos componentes) con sustratos disímiles en propiedades (aluminio-acero) y espesores (3.9 y 2.9 mm)Los sustratos y adhesivos, se caracterizaron para obtener una identificación positiva del material y alimentar el software ABAQUS® utilizado en la simulación de elementos finitos. Para validar el modelo, se realizaron pruebas de cizallamiento en muestras unidas con los tres adhesivos. Para verificar la deformación plástica generada, se emplearon galgas extensométricas cercanas a la zona de traslape de la junta. Finalmente, análisis post-fractura fueron empleados para analizar el tipo de falla.Loa resultados, generaron información respecto al comportamiento mecánico y distribución de esfuerzos de las uniones estudiadas. En el mismo orden de ideas, se revelo que la resistencia de la junta depende del tipo de adhesivo y que la resistencia al corte no se ve afectada por la ductilidad del adhesivo. También, que los esfuerzos normales promedio son mayores en las aristas de la junta adhesiva y son los responsables de la generación de la grieta como se pudo comprobar en los análisis post-fractura. Finalmente, los análisis mediante extensómetro sugirieron que el esfuerzo mayor se concentra en el adherendo de aluminio sin sobre pasar el esfuerzo de fluencia.

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85050076622&partnerID=8YFLogxK

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U2 - http://dx.doi.org/10.6036/8619

DO - http://dx.doi.org/10.6036/8619

M3 - Article

VL - 93

SP - 404

EP - 410

JO - Dyna (Spain)

JF - Dyna (Spain)

SN - 0012-7361

IS - 4

ER -