Finite Element Analasis of Adhesive Bonds Using the Cohesive Zone Modeling Method

Abstract

This paper covers the subject of FE modeling of adhesive joints, which is gaining more and more attention in contemporary industry, especially in the aerospace and automotive sectors. This technique of creating structural connections possesses many advantages over mechanical or welding methods and it seems that it will be exploited extensively in the future mechanical design. The ability of joining dissimilar materials decreased minimum member cross-section size and corrosion inertness can be considered as its most important features. However, in the era of virtual prototyping, it is necessary to conduct reliable computer-assisted analyses of these types of joints. It is because most of the contemporary structures are developed as numerical models first, and only the final product is prototyped physically, to validate the simulation results. The aim of this paper is to demonstrate how to elaborate reliable and accurate adhesive joint models, using a cohesive zone modeling (CZM) method in conjunction with shell-based models. The major profitable consequence of using this modeling technique is that it results in a relatively small number of spatial degrees of freedom, therefore allows for short computational times.Keywords: glues, adhesives, modeling, CZM, lightweighting ANALIZA MES PO£¥CZEÑ KLEJONYCH Z WYKORZYSTANIEM MODELU KOHEZYJNEGO Niniejszy artyku³ opisuje metodê modelowania numerycznego po³¹czeñ adhezyjnych, które w ostatnim czasie zyskuj¹ du¿¹ popularno ae, szczególnie w przemy le lotniczym i samochodowym. Ta metoda spajania elementów konstrukcyjnych ma wiele zalet przewy¿szaj¹cych tradycyjnie wykorzystywane po³¹czenia mechaniczne oraz spawanie. Do najwa¿niejszych zaliczyae mo¿na mo¿liwo ae ³¹czenia materia³ów o odmiennym sk³adzie chemicznym, mo¿liwo ae zmniejszenia minimalnego wymiaru przekroju poprzecznego ³¹czonych elementów oraz odizolowanie ³¹czonych elementów, co chroni je przed korozj¹ elektrochemiczn¹. Wspó³czesne trendy projektowania zak³adaj¹ pe³ny rozwój konstrukcji w formie modeli komputerowych, a rzeczywisty prototyp powstaje dopiero jako produkt finalny, s³u¿¹c walidacji otrzymanych wyników. Dlatego te¿, celem badañ opisanych w niniejszej pracy by³o przedstawienie wykorzystania modelu po³¹czenia adhezyjnego zbudowanego na podstawie elementów typu pow³okowe, oddaj¹cego w dok³adny sposób zachowanie tego rodzaju spoin. W artykule opisano wykorzystanie metody modelowania kohezyjnego (CZM), której podstawow¹ zalet¹ jest mo¿liwo ae implementacji nawet w z³o¿onych przypadkach, bez znacznego wyd³u¿enia czasu ich analiz.

Structural health monitoring of adhesive joints using Lamb waves: A review

“…25 One way to model different levels of weak adhesion is adopting the cohesive zone method (CZM). This method is based on the use of interface elements, 25,107 where during the computer analysis the stiffness of the cohesive zone suffers a step-by-step iteration following the traction-separation law. This law presents three possible failure modes with a separation occurring in the normal direction, shear occurring in the in-plane direction and mixed mode occurring as a combination of the previous two modes.…”