Experimental study of the impact of chamfer and fillet in the frontal edge of adherends on the fatigue properties of adhesive joints subjected to peel

The paper presents the influence of simple structural modifications of the adherend on the fatigue properties of adhesive joints subjected to peel. The considered modifications consisted in making a chamfer and fillet on the front edge of the adherend. The purpose of such modifications was to locally increase the thickness of the adhesive layer in the area of stress concentration. Fatigue strength tests were carried out using an electrodynamic shaker at the resonant frequency of the flexible adherend. On the basis of fatigue strength tests carried out at the limited number of cycles equal to 2×106, it was shown that a local increase in the thickness of the adhesive layer in the front part of the joint allows a significant increase in the joint's fatigue lifetime and fatigue strength. The greatest effect was shown for the variant with the fillet R2. In this case, an increase in fatigue strength of 33.1% compared to the base variant was demonstrated. For the fatigue stress level of 20.25 MPa, an increase in fatigue lifetime of 337.7% was also demonstrated. Based on the conducted research, it was shown that the reason for the improvement of the fatigue properties of the joints due to the local increase in the thickness of the adhesive layer is the phenomenon of energy absorption in the frontal area of the joint. Absorption of energy that inhibits the process of fatigue results from, among others, local flexibility of the joint, as well as nucleation of cracks in the locally increased volume of the adhesive.

W pracy przedstawiono wyniki badań określających wpływ modyfikacji konstrukcyjnych elementu klejonego na właściwości zmęczeniowe połączeń klejowych poddanych oddzieraniu. Rozważane modyfikacje polegały na wykonaniu fazy oraz promienia na czołowej krawędzi elementu klejonego. Celem takich modyfikacji było miejscowe zwiększenie grubości warstwy kleju w obszarze koncentracji naprężeń. Badania wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadzono za pomocą wzbudnika elektrodynamicznego przy częstotliwości rezonansowej klejonej płytki. Na podstawie badań wytrzymałości zmęczeniowej przeprowadzonych przy granicznej liczbie cykli równej 2×106 wykazano, że lokalny wzrost grubości warstwy kleju w czołowej części złącza pozwala na znaczny wzrost trwałości zmęczeniowej oraz wytrzymałości zmęczeniowej. Najkorzystniejszy efekt wykazano dla wariantu z promieniem R2. W tym przypadku wykazano wzrost wytrzymałości zmęczeniowej o 33,1% w stosunku do wariantu bazowego. Dla poziomu naprężenia zmęczeniowego 20,25 MPa wykazano również wzrost trwałości zmęczeniowej o 337,7%. Na podstawie przeprowadzonych badań wykazano, że przyczyną poprawy właściwości zmęczeniowych połączeń na skutek lokalnego zwiększenia grubości warstwy kleju jest zjawisko pochłaniania energii w obszarze czołowym złącza. Absorpcja energii hamująca proces zmęczenia wynika m.in. z miejscowego uelastycznienia złącza, jak również zarodkowania pęknięć w lokalnie zwiększonej objętości kleju.