The authors would like to acknowledge the support of Ten Cate Advanced Materials in the form of free material supply to the work described in this paper.

1. Echantillon de coupe et la préparation au soudage par ultrasons <ol><li> Couper des échantillons rectangulaires mesurant 25,4 mm x 101,6 mm à partir d&#39;un stratifié composite thermoplastique plus grande en utilisant une technique de coupe qui empêche le délaminage des bords des échantillons (par exemple, des scies à diamant ou la découpe au jet d&#39;eau). Remarque: Les dimensions des échantillons sont basés sur la norme ASTM D 1002 standard. <ol><li> Depuis résistance des joints soudés dépend de l&#39;orientation des fibres sur les surfaces à souder 10, prendre soin de couper tous les échantillons dans la même orientation. </li></ol></li><li> Après la coupe, des échantillons secs dans un four selon les recommandations du fabricant au cas où la résine thermoplastique a tendance à absorber l&#39;humidité (par exemple, 6 heures à 135 ° C pour la fibre de carbone à six couches renforcé polyétherimide, CF / PEI, échantillons). </li><li> Couper directeurs d&#39;énergie plats fabriqués à partir de film thermoplastique pur (même résine que la matrice dans le composite) à la taille (environ 26 mm x 26 mm) avec une épaisseur d&#39;au moins 0,25 mm. Si nécessaire, sécher le directeur de l&#39;énergie suivant les recommandations du fabricant (par exemple, 1 heure à 135 ° C pendant PEI directeur d&#39;énergie). </li><li> Avant de souder, d&#39;inspecter les échantillons un par un pour les coins délaminées et jeter si nécessaire. Nettoyez-les à l&#39;aide d&#39;un dégraissant et un chiffon de coton. Nettoyez les directeurs d&#39;énergie plates suivant la même procédure. </li></ol> 2. soudage par ultrasons du premier tour unique Coupons cisaillement Remarque: un microprocesseur commandé soudeuse à ultrasons capable de souder à amplitude constante est utilisée dans cette étape. Les données de processus des sorties de soudeur, telles que l&#39;énergie dissipée et le déplacement de la sonotrode en fonction du temps à des logiciels d&#39;acquisition de données dans un ordinateur. Un gabarit sur ​​mesure conçu et fabriqué pour positionner et serrer les échantillons au cisaillement simples pendant le soudage par ultrasons précision est utilisé dans cette étape (voir la figure 1). Figure 1. ultrasons soudeur et l&#39;installation de soudage sur mesure utilisée dans cette étude 1:. Sonotrode, 2: plate-forme coulissante, 3: pince pour le spécimen supérieures (attachés à 2), et 4: pince pour le spécimen inférieurs (Reproduit de référence 4 avec la permission de Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <ol><li> Remplir une feuille de journal de bord avant chaque expérience de soudage. <ol><li> Prenez note des paramètres suivants: température ambiante et l&#39;humidité, la soudure de référence de configuration, le type de sonotrode, numéro de l&#39;échantillon et des matériaux, la largeur et l&#39;épaisseur des échantillons supérieure et inférieure, et l&#39;épaisseur du directeur d&#39;énergie. </li></ol></li><li> Tournez sur la soudeuse à ultrasons et l&#39;ordinateur. Démarrez le logiciel d&#39;acquisition de données et d&#39;ouvrir une nouvelle session. </li><li> Si pas déjà en place, changer le sonotmonté à une sonotrode cylindrique d&#39;un diamètre de 40 mm, de sorte que sa surface inférieure couvre entièrement la zone de soudage. Remarque: Une forme différente de la sonotrode peut être utilisée, mais sa surface inférieure ne doit pas être inférieure à la zone de soudage. </li><li> Position et fixer spécimens et directeur d&#39;énergie dans le gabarit de soudage (voir Figure 1). <ol><li> Joindre un directeur d&#39;énergie plat au modèle bas avec du ruban adhésif afin qu&#39;il couvre une superficie légèrement plus grande que la zone à souder (12,7 mm x 25,4 mm). </li><li> Placer l&#39;échantillon de fond dans le gabarit et le bloquer en serrant la vis supérieure. </li><li> Ruban l&#39;autre extrémité de l&#39;élément directeur d&#39;énergie à la base de la configuration de sorte qu&#39;il reste en place pendant le processus. </li><li> Placer l&#39;échantillon supérieure dans la pince, aligner et serrer la vis supérieure. </li><li> Placez la pince pour l&#39;échantillon supérieur dans la plate-forme coulissante et serrer les deux vis. </li><li> Avant de poursuivre, serrez les quatre vis une fois mminerai. </li></ol></li><li> Déterminer la durée optimale de la phase de vibration par rapport au déplacement de la sonotrode pour atteindre la résistance à la soudure la plus élevée, comme décrit dans les étapes 2.5.1 à 2.5.8. Remarque: Une durée optimale de la phase de vibration est déterminée pour chaque combinaison souhaitée de la force de soudage et l&#39;amplitude des vibrations. <ol><li> Réglez le soudeur à ultrasons à une différence de mode de déplacement-contrôle. </li><li> La force d&#39;entrée et l&#39;amplitude des vibrations de soudage dans la soudeuse à ultrasons (par exemple, 300 N et 86,2 um). Remarque: Pour cette soudeuse à ultrasons, 86,2 pm correspond à la vibration d&#39;amplitude crête-à-crête. Dans les paramètres de la machine, il est exprimé comme la moitié de cette valeur, de 43,1 um. </li><li> Saisir le déplacement de la sonotrode, ou Voyage, à la fin de la phase de vibration en tant que valeur égale à l&#39;épaisseur initiale de l&#39;élément directeur d&#39;énergie (par exemple, 0,25 mm). </li><li> la force d&#39;entrée de solidification et le temps dans le soudage par ultrasons (par exemple, 1000N et 4000 msec). </li><li> Lorsque vous êtes prêt, mettez un casque insonorisées et commencer le processus de soudage par ultrasons. </li><li> Après l&#39;achèvement du processus, prendre note des paramètres de sortie suivants: distance de soudage, la puissance maximale, le temps de vibration et de l&#39;énergie. Retirez le coupon de l&#39;installation de soudage et d&#39;écrire son numéro d&#39;identification sur les deux extrémités avec un marqueur de peinture. </li><li> Exporter les données de soudage (puissance et de déplacement de la sonotrode) pour tracer une feuille de calcul et la puissance et le déplacement en fonction des courbes de temps pendant la phase de vibration du processus. Remarque: La courbe de déplacement doit tracer le déplacement vers le bas de la sonotrode par rapport à sa position au début de la phase de vibration. </li><li> Identifier le déplacement dans le milieu du plateau d&#39;alimentation (étape 4), comme illustré sur la figure 2 (dans ce cas, de 0,10 mm). Remarque: Cette valeur de déplacement particulier est le Voyage optimale qui contrôle la durée de la phase de vibration et de la volontéutiliser dans chaque soudure ultérieure de la même force de soudage et de l&#39;amplitude. </li></ol></li></ol><img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> Figure 2. Alimentation (noir) et de déplacement des courbes (gris) pour le processus de soudage par ultrasons indiquant la valeur de Voyage optimale. La phase de vibration de la soudure par ultrasons peuvent être divisés en 5 étapes. valeur de Voyage Optimum est situé à l&#39;étape 4. Etude de cas: la fibre de carbone renforcée substrats polyétherimide de -PEI, 0,25 mm d&#39;épaisseur plate directeur d&#39;énergie PEI, 300 N Force de soudage, 86,2 um amplitude de vibration, 0,25 mm voyage. (Tiré de la référence 4 avec la permission de Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <ol start="6"><li> coupons soudure à la valeur de Voyage optimale pour la force de soudage donné et combinatio amplituden. <ol><li> Répétez les étapes 2.1 à 2.5.6 pour chaque soudure. Dans l&#39;étape 2.5.3, utilisez le Voyage optimale déterminée à l&#39;étape 2.5.8 pour la force de soudage correspondante et la combinaison amplitude. Remarque: Tous les tests sont effectués LSS suivant ASTM D 1002 sur une machine d&#39;essai universelle avec une vitesse de traverse de 1,3 mm / min. </li></ol></li></ol> 3. Simple Eprouvette de cisaillement (LSS) essais de Coupons soudés <ol><li> Mesurer et prendre note de la largeur du chevauchement pour chaque coupon soudé. </li><li> Mettez la machine d&#39;essai universelle et d&#39;ouvrir la procédure de test pour LSS sur l&#39;ordinateur. </li><li> Dans l&#39;interface de test, entrez le nombre et les dimensions du chevauchement échantillon. Régler la force à 0 et la séparation prise-à-prise dans sa position initiale (par exemple 60 mm). </li><li> Placer l&#39;échantillon dans les pinces de la machine d&#39;essai, comme indiqué sur la Figure 3. </li></ol><img alt="Figure 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; Figure 3. Vue schématique du serrage dans le / Roell 250 kN machine d&#39;essai universelle Zwick (pas à l&#39;échelle). Le déplacement de décalage entre les mâchoires supérieures et inférieures permet l&#39;alignement de la direction de la charge de la ligne centrale de la soudure pour minimiser la flexion pendant le cisaillement de recouvrement test de résistance. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.</a> <ol start="5"><li> Commencez la procédure de test de l&#39;ordinateur en cliquant sur le bouton &quot;Démarrer&quot;. </li><li> Après rupture de l&#39;échantillon, la retirer de l&#39;emprise et de fixer les deux pièces ensemble avec du ruban adhésif. </li><li> Répétez les étapes 03.03 à 03.06 pour tous les autres échantillons. </li><li> Lorsque les tests sont terminés, exporter les données vers un tableur et calculer la valeur moyenne LSS, selon la procédure décrite dans la norme, pour chaque force de soudage et la combinaison amplitude. </li></ol>

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	<li>Yousefpour, A., Hojjati, M., Immarigeon, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fusion+bonding/welding+of+thermoplastic+composites.">Fusion bonding/welding of thermoplastic composites.</a> J Thermoplast Compos. 17, 303-341 (2004).</li><li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+monitoring+of+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+through+power+and+displacement+data.">In situ monitoring of ultrasonic welding of thermoplastic composites through power and displacement data.</a> J Thermoplast Compos. 28 (1), 66-85 (2015).</li><li>Benatar, A., Gutowski, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+of+PEEK+Graphite+APC-2+composites.">Ultrasonic welding of PEEK Graphite APC-2 composites.</a> Polym Eng Sci. 29 (23), 1705-1721 (1989).</li><li>Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+development+versus+process+data+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors+and+its+application+to+the+definition+of+optimum+processing+parameters.">Strength development versus process data in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors and its application to the definition of optimum processing parameters.</a> Compos Part A-Appl S. 65, 27-37 (2014).</li><li>Lu, H. M., Benatar, A., He, F. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+ultrasonic+welding+of+PEEK/graphite+composite+plates.">Sequential ultrasonic welding of PEEK/graphite composite plates.</a> Proceedings of the ANTEC'91 Conference. , 2523-2526 (1991).</li><li>Potente, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+-+principles+&amp;+theory.">Ultrasonic welding - principles &amp; theory.</a> Mater Design. 5, 228-234 (1984).</li><li>Stavrov, D., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistance+welding+of+thermoplastic+composites+-+an+overview.">Resistance welding of thermoplastic composites - an overview.</a> Compos Part A-Appl S. 36, 39-54 (2005).</li><li>Villegas, I. F., Valle-Grande, B., Bersee, H. E. N., Benedictus, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparative+evaluation+between+flat+and+traditional+energy+directors+for+ultrasonic+welding+of+CF/PPS+thermoplastic+composites.">A comparative evaluation between flat and traditional energy directors for ultrasonic welding of CF/PPS thermoplastic composites.</a> Compos Interface. , (2015).</li><li>Levy, A., Le Corre, S., Villegas, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+the+heating+phenomena+in+ultrasonic+welding+of+thermoplastic+composites+with+flat+energy+directors.">Modelling the heating phenomena in ultrasonic welding of thermoplastic composites with flat energy directors.</a> J Mater Process Tech. , 1361-1371 (2014).</li><li>Shi, H., Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strength+and+failure+modes+in+resistance+welded+thermoplastic+composite+joints:+effect+of+fibre-matrix+adhesion+and+fibre+orientation.">Strength and failure modes in resistance welded thermoplastic composite joints: effect of fibre-matrix adhesion and fibre orientation.</a> Compos Part A-Appl S. 55, 1-10 (2013).</li><li>Villegas, I. F., Bersee, H. E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+welding+of+advanced+thermoplastic+composites.+An+investigation+on+energy-directing+surfaces.">Ultrasonic welding of advanced thermoplastic composites. An investigation on energy-directing surfaces.</a> Adv Polym Tech. 29 (2), 113-121 (2010).</li><li>Harras, B. K., Cole, C., Vu-Khanh, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+the+ultrasonic+welding+of+PEEK-carbon+composites.">Optimization of the ultrasonic welding of PEEK-carbon composites.</a> J Reinf Plast Comp. 15 (2), 174-182 (1996).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interest.

Les résultats présentés dans la section précédente indiquent la pertinence de la méthode simple proposée dans le présent document pour le soudage par ultrasons de coupons au tour thermoplastiques composites simples à des fins de tests mécaniques. Les paragraphes suivants traitent de la façon dont les résultats valident les trois principaux piliers de la méthode, à savoir, l&#39;utilisation de plates directeurs d&#39;énergie en vrac, l&#39;utilisation de la rétroaction de processus pour définir ...

composites thermoplastiques (PTC) ont la possibilité d&#39;être soudé, ce qui contribue à leur fabrication rentable. Soudage nécessite un chauffage local sous pression pour ramollir ou fondre la résine thermoplastique des surfaces d&#39;assemblage et pour permettre un contact intime et après interdiffusion des chaînes de polymères thermoplastiques à travers l&#39;interface de soudure. Une fois inter-diffusion moléculaire est réalisée, le refroidissement sous pression consolide le joint soudé. Plusieurs techniques de soudage sont applicables aux composites thermoplastiques qui diffèrent principalement dans la source de chaleur 1, cependant, le principal mécanisme &quot;d&#39;adhésion&quot;, à savoir, l&#39;enchevêtrement moléculaire, reste inchangé. soudage par ultrasons offre de très courts temps de soudage (de l&#39;ordre de quelques secondes), l&#39;automatisation facile et il est pratiquement indépendant du type de renfort dans les substrats composites thermoplastiques. De plus, il offre la possibilité de surveillance in situ 2,3 </sup&gt;, Qui peut être utilisé pour l&#39;assurance de la qualité de la ligne ou pour la définition rapide des fenêtres de traitement 4. Soudage par ultrasons des composites thermoplastiques est essentiellement un processus de soudage par points, soit le succès de soudage plus longues coutures par soudage par ultrasons séquentielle a été rapporté dans la littérature 5. Par opposition à la résistance ou soudage par induction, le soudage par ultrasons n&#39;a pas été appliqué industriellement pour les joints entre les pièces structurelles composites thermoplastiques à ce jour. Néanmoins, des efforts importants sont actuellement consacrée à la poursuite du développement du soudage par ultrasons structurelle de composites thermoplastiques pour applications aéronautiques. Dans le soudage par ultrasons, les pièces à assembler sont soumis à une combinaison de la force statique et à haute fréquence des vibrations mécaniques de faible amplitude transversale par rapport à l&#39;interface de soudage, ce qui se traduit par la génération de chaleur à travers la surface et chauffage viscoélastique. chauffe préférentielle à l&#39;interface de soudage est promuà l&#39;aide de saillies de résine sur les surfaces à souder qui subissent une déformation cyclique supérieure, et le chauffage ainsi viscoélastique ultérieure, que les substrats 6. La force et les vibrations sont exercées sur les pièces à souder à travers une sonotrode relié à une presse et d&#39;un train d&#39;ultrasons constitué de piézo convertisseur électrique et booster. En fonction de la distance entre le point où les contacts de la sonotrode de pièces à assembler et à l&#39;interface de soudage, une distinction peut être faite entre champ proche et champ lointain soudage par ultrasons. Champ proche soudage (moins de 6 mm entre sonotrode et l&#39;interface de soudage) est applicable à un large éventail de matériaux tandis que l&#39;applicabilité de champ lointain soudage à un matériau thermoplastique spécifique est fortement tributaire de la capacité du matériau à conduire ondes sonores 6 . Le procédé de soudage par ultrasons peut être divisé en trois phases principales. Tout d&#39;abord, une phase active accumulation, au cours de laquelle la sonotroaugmente graduellement de la force sur les pièces à souder jusqu&#39;à ce qu&#39;une certaine force de déclenchement est atteinte. Aucune vibration est appliquée au cours de cette phase. D&#39;autre part, une phase de vibration, qui commence une fois que la force de déclenchement est atteinte. Dans cette phase, la sonotrode vibrant à l&#39;amplitude prescrite pour un certain laps de temps générant la chaleur nécessaire pour le processus de soudage. Contrôlés par microprocesseur soudeurs ultrasons offrent plusieurs options pour contrôler la durée de la phase de vibration, parmi eux le temps (contrôle direct), le déplacement ou l&#39;énergie (contrôle indirect). La force appliquée pendant cette phase, à savoir, la force de soudage, peut être maintenue constante et égale à la force de déclenchement ou peut être progressivement modifiée pendant l&#39;application de la vibration. En troisième lieu, une phase de solidification au cours de laquelle les parties soudées sont autorisés à refroidir sous une certaine force de solidification pendant un certain laps de temps. Aucune vibration est appliquée au cours de cette dernière étape. fo de soudagerce, l&#39;amplitude des vibrations, la fréquence de vibration et la durée de la phase de vibration (soit directement, soit indirectement par l&#39;énergie contrôlés ou déplacement) sont les paramètres de soudage qui contrôlent la production de chaleur. La force, l&#39;amplitude et la durée sont des paramètres définis par l&#39;utilisateur, tandis que la fréquence est fixée pour chaque soudeur ultrasons. vigueur de solidification et le temps de solidification, soudage également des paramètres, ne pas intervenir dans le processus de chauffage, mais affectent la consolidation et, en même temps que le reste des paramètres, la qualité finale des joints soudés. Cet article présente une méthode simple roman pour en champ proche soudage par ultrasons des coupons de PTC individuels dans une configuration de tour unique pour la suite mécanique, cisaillement simple tour (LSS), le test suivant la norme ASTM (American Society for Testing and Materials) à la norme D 1002. Essais mécaniques des coupons soudés permet de déterminer la résistance apparente au cisaillement des joints, ce qui est l&#39;une des propriétés les plus commseulement utilisé pour quantifier la résistance des joints soudés composite thermoplastique 7. Le procédé de soudage est décrit dans ce document est basée sur trois piliers principaux. Tout d&#39;abord, en vrac directeurs d&#39;énergie plat sont utilisés pour la production de chaleur préférentiel à l&#39;interface de jonction 8,9 au cours du processus de soudage. En second lieu, les données du processus fournies par le soudage par ultrasons est utilisé pour définir rapidement la durée optimale de la phase de vibration pour une force spécifique / combinaison amplitude 2,4. En troisième lieu, la durée de la phase de vibration est contrôlée indirectement par le déplacement de la sonotrode afin d&#39;assurer une qualité constante des joints soudés 4. Cette méthode de soudage offre les principales nouveautés et avantages suivants en ce qui concerne les procédures de soudage state-of-the-art pour les composites thermoplastiques: (a) la préparation d&#39;échantillons simplifiée permis par l&#39;utilisation de lâches directeurs d&#39;énergie plats au lieu d&#39;administration moulées traditionnelles d&#39;énergie 3, et (b) c rapide etdéfinition de ost-efficace des paramètres de traitement basé sur la surveillance in situ processus par opposition aux essais et erreurs des approches communes. Bien que la méthode décrite dans le présent document est axé sur l&#39;obtention d&#39;une géométrie très précise et simple de soudage, il peut servir de base pour définir une procédure pour le soudage des pièces réelles. Une différence principale dans ce cas résulte de flux contraint du directeur de l&#39;énergie, par opposition à écoulement libre sur les quatre bords du chevauchement des coupons au tour unique.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1179">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Material/Reagent</td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td style="width:363px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Cetex&#174; carbon fiber / polyetherimide (CF/PEI) 5 harness satin prepreg</td>
			<td style="width:308px;">TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Material used in this study for the specimens.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">PFQD solvent degreaser</td>
			<td style="width:308px;">PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Solvent degreaser for cleaning the specimens and energy directors.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Cotton cloths</td>
			<td style="width:308px;">-</td>
			<td style="width:199px;">-</td>
			<td style="width:363px;">For general cleaning purposes. No specific vendor was used.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:311px;">0.25 mm PEI film</td>
			<td style="width:308px;">TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">Thin film used as energy director.</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:311px;">Adhesive tape</td>
			<td style="width:308px;">Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)</td>
			<td style="width:199px;">1&#34; x 72 yds MFG # 327402 Contact vendor for catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Used to attach energy director to bottom sample for ultrasonic welding.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Name</td>
			<td style="width:308px;">Company</td>
			<td style="width:199px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:311px;">Equipment</td>
			<td style="width:308px;"></td>
			<td style="width:199px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">V&#246;tsch oven</td>
			<td style="width:308px;">V&#246;tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)</td>
			<td style="width:199px;">VTU 60/60 - Contact vendor for specific catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Oven used to dry PEI film (energy directors) and PEI specimens before welding.</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:311px;">Rinco Dynamic 3000 ultrasonic welder</td>
			<td style="width:308px;">Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td>
			<td style="width:199px;">Contact vendor</td>
			<td style="width:363px;">20 kHz ultrasonic welding machine used for the welding experiments. Several sonotrode sizes available. Contact vendor for details. ACUCapture software included.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:311px;">Zwick/Roell universal testing machine</td>
			<td style="width:308px;">Zwick (www.zwick.com)</td>
			<td style="width:199px;">Z250 - Contact vendor for specific catalog number</td>
			<td style="width:363px;">Universal testing machine with maximum load of 250 kN used for single lap shear strength measurements.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for mechanical characterization of welded joints through single lap shear testing

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ultrasonic welding process described in this paper is based on three main pillars. Firstly, flat energy directors are used for preferential heat generation at the joining interface during the welding process. A flat energy director is a neat thermoplastic resin film that is placed between the parts to be joined prior to the welding process and heats up preferentially owing to its lower compressive stiffness relative to the composite substrates. Consequently, flat energy directors provide a simple solution that does not require molding of resin protrusions on the surfaces of the composite substrates, as opposed to ultrasonic welding of unreinforced plastics. Secondly, the process data provided by the ultrasonic welder is used to rapidly define the optimum welding parameters for any thermoplastic composite material combination. Thirdly, displacement control is used in the welding process to ensure consistent quality of the welded joints. According to this method, thermoplastic-composite flat coupons are individually welded in a single lap configuration. Mechanical testing of the welded coupons allows determining the apparent lap shear strength of the joints, which is one of the properties most commonly used to quantify the strength of thermoplastic composite welded joints.

fibre de carbone renforcée polyétherimide (CF / PEI) échantillons ont été soudées suivant la méthode décrite dans le présent document. Les échantillons ont été obtenus à partir d&#39;un stratifié composite fabriqué à partir de cinq harnais CF de tissu satiné / PEI, avec (0/90) 3S séquence d&#39;empilement et de 1,92 mm d&#39;épaisseur nominale. Des échantillons ont été découpés à partir de ce stratifié de sorte que le ressort principal d&#39;orientati...

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Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Soudage par ultrasons des Coupons composite thermoplastique pour la caractérisation mécanique des joints soudés par des tests de cisaillement de recouvrement simple

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

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11.5K vues.  Delft University of Technology. A straightforward procedure for ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for basic mechanical testing is described. Key characteristics of this ultrasonic welding process are the use of flat energy directors for simplified process preparation and the use of process data for the fast definition of optimum processing conditions.

Vidéo: Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Les expériences sur les ultrasons lubrification aide d&#39;un Tribomètre piézoélectriquement-assistée et Profilomètre optique

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Recherche

Ingénierie

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products containing nanomaterials is also increasing. Evaluating the nanomaterial release from products containing nanomaterials is a crucial step in assessing the safety of these products, and has resulted in several international efforts to develop consistent and reliable technologies for standardizing the evaluation of nanomaterial release. In this study, the release of nanomaterials from products containing nanomaterials is evaluated using a chamber system that includes a condensation particle counter, optical particle counter, and sampling ports to collect filter samples for electron microscopy analysis. The proposed chamber system is tested using an abrasor and disc-type nanocomposite material specimens to determine whether the nanomaterial release is repeatable and consistent within an acceptable range. The test results indicate that the total number of particles in each test is within 20% from the average after several trials. The release trends are similar and they show very good repeatability. Therefore, the proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing of products containing nanomaterials.

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

Essai de nanoparticules de sortie à partir d&#39;un composite contenant des nanomatériaux L&#39;utilisation d&#39;un système de chambre

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the manifold requirements during processing and application of such complex fluids. In this investigation, measuring protocols for a conclusive assessment of different process relevant rheological parameters have been evaluated. This includes the determination of yield stress, viscosity, wall slip velocity, structural recovery after large deformation and elongation at break as well as tensile force during filament stretching.
The importance of concomitant video recordings during parallel-plate rotational rheometry for a significant determination of rheological quantities is demonstrated. The deformation profile and flow field at the sample edge can be determined using appropriate markers. Thus, measurement parameter settings and plate roughness values can be identified for which yield stress and viscosity measurements are possible. Slip velocity can be measured directly and measuring conditions at which plug flow, shear banding or sample spillover occur can be identified clearly. 
Video recordings further confirm that the change in shear moduli observed during three stage oscillatory shear tests with small deformation amplitude in stage I and III but large oscillation amplitude in stage II can be directly attributed to structural break down and recovery. For the pastes investigated here, the degree of irreversible, shear-induced structural change increases with increasing deformation amplitude in stage II until a saturation is reached at deformations corresponding to the crossover of G' and G'', but the irreversible damage is independent of the duration of large amplitude shear. 
A capillary breakup elongational rheometer and a tensile tester have been used to characterize deformation and breakup behavior of highly filled pastes in uniaxial elongation. Significant differences were observed in all experiments described above for two commercial screen-printing silver pastes used for front side metallization of Si-solar cells.

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &amp;#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

A protocol for a robust and application relevant rheological characterization of highly concentrated suspensions is presented. Silver pastes used for screen-printing application in solar cell production are employed as model systems.

Défis à rhéologique Caractérisation des concentrés - Suspensions très Une étude de cas pour la sérigraphie argent Pastes

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

A Novel Biaxial Testing Apparatus for the Determination of Forming Limit under Hot Stamping Conditions

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional experimental approaches, such as out-of-plane and in-plane tests, are not applicable to the determination of forming limits when heating and rapid cooling processes are introduced prior to forming for tests conducted under hot stamping conditions. A novel in-plane biaxial testing system was designed and used for the determination of forming limits of sheet metals at various strain paths, temperatures, and strain rates after heating and cooling processes in a resistance heating uniaxial testing machine. The core part of the biaxial testing system is a biaxial apparatus, which transfers a uniaxial force provided by the uniaxial testing machine to a biaxial force. One type of cruciform specimen was designed and verified for the formability test of aluminum alloy 6082 using the proposed biaxial testing system. The digital image correlation (DIC) system with a high-speed camera was used for taking strain measurements of a specimen during a deformation. The aim of proposing this biaxial testing system is to enable the forming limits of an alloy to be determined at various temperatures and strain rates under hot stamping conditions.

This protocol proposes a novel biaxial testing system used on a resistance heating uniaxial tensile test machine in order to determine the forming limit diagram (FLD) of sheet metals under hot stamping conditions.

Un nouvel appareil d&#39;essai biaxiale pour la détermination de la limite de formage à chaud sous conditions Stamping

The hot stamping and cold die quenching process is increasingly used to form complex shaped structural components of sheet metals. Conventional ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Mise en œuvre expérimentale d’une nouvelle méthode de Fabrication Composite : exposer nus fibres sur la Surface Composite par la méthode de la couche molle

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Ultrasons Fatigue Testing dans le Mode de traction-Compression

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed magnet assisted composite manufacturing (MACM) technique. In this technique, permanent magnets are utilized to apply a sufficiently high consolidation pressure during the curing stage. To enhance the intensity of the magnetic field, and thus, to increase the magnetic compaction pressure, the magnets are placed on a magnetic top plate. First, the entire procedure of preparing the composite lay-up on a magnetic bottom steel plate using the conventional wet lay-up vacuum bag process is described. Second, placement of a set of Neodymium-Iron-Boron permanent magnets, arranged in alternating polarity, on the vacuum bag is illustrated. Next, the experimental procedures to measure the magnetic compaction pressure and volume fractions of the composite constituents are presented. Finally, methods used to characterize microstructure and mechanical properties of composite laminates are discussed in detail. The results prove the effectiveness of the MACM method in improving the quality of wet lay-up vacuum bag laminates. This method does not require large capital investment for tooling or equipment and can also be used to consolidate geometrically complex composite parts by placing the magnets on a matching top mold positioned on the vacuum bag.

A new technique for applying consolidation pressure on the vacuum bag lay-up to fabricate composite laminates is described. The goal of this protocol is to develop a simple, cost-effective technique to improve the quality of laminates fabricated by the wet lay-up vacuum bag method.

Aimant a aidé fabrication Composite : Une Flexible nouvelle Technique pour réaliser la Consolidation haute pression sous vide sac/était en place processus

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Generating Lap Joints Via Friction Stir Spot Welding on DP780 Steel

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry application was found in the automotive industry in 2003 for the aluminum alloy that was used in the rear doors of automobiles. Friction stir spot welding is mostly used in Al alloys to create lap joints. The benefits of friction stir spot welding include a nearly 80% melting temperature that lowers the thermal deformation welds without splashing compared to resistance spot welding. Friction stir spot welding includes 3 steps: plunging, stirring, and retraction. In the present study, other materials including high strength steel are also used in the friction stir welding method to create joints. DP780, whose traditional welding process involves the use of resistance spot welding, is one of several high strength steel materials used in the automotive industry. In this paper, DP780 was used for friction stir spot welding, and its microstructure and microhardness were measured. The microstructure data showed that there was a fusion zone with fine grain and a heat effect zone with island martensite. The microhardness results indicated that the center zone exhibited a greater degree of hardness compared with the base metal. All data indicated that the friction stir spot welding used in dual phase steel 780 can create a good lap joint. In the future, friction stir spot welding can be used in high-strength steel welding applied in industrial manufacturing processes.

Here, we present a friction stir spot welding (FSSW) protocol on dual phase 780 steel. A tool pin with high-speed rotation generates heat from friction to soften the material, and then, the pin plunges into 2 sheet joints to create the lap joint.

Génération de joints de tour par le soudage de tache de friction sur l'acier dp780

Friction stir spot welding (FSSW), a derivative of friction stir welding (FSW), is a solid-state welding technique that was developed in 1991. An industry ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

Procédures de coupe, essais tensiles et vieillissement des stratifiés composites unidirectionnels flexibles

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of workers than the traditional manual fiber placement does. Thus, the production accuracy, repeatability and efficiency of composite manufacturing are significantly improved. However, the current AFP systems can only produce the composite components with large open surface or simple revolution parts, which cannot meet the growing interest in small complex or closed structures from industry.
In this research, by employing a 1-degree of freedom (DoF) rotational stage, a 6-RSS parallel robot, and a 6-DoF serial robot, the dexterity of the AFP system can be significantly improved for manufacturing complex composite parts. The rotational stage mounted on the parallel robot is utilized to hold the mandrel and the serial robot carries the placement head to mimic two human hands that have enough dexterity to lay the fiber to the mandrel with complex contour.
Although the CCM system increases the flexibility of composite manufacturing, it is quite time-consuming or even impossible to generate the feasible off-line path, which ensures uniform lay-up of subsequent fibers considering the constraints like singularities, collisions between the fiber placement head and mandrel, smooth fiber direction change and keeping the fiber placement head along the norm of the part&#39;s surface, etc. Moreover, due to the existing positioning error of the robots, the on-line path correction is needed. Therefore, the on-line pose correction algorithm is proposed to correct the paths of both parallel and serial robots, and to keep the relative path between the two robots unchanged through the visual feedback when the constraint or singularity problems in the off-line path planning occur. The experimental results demonstrate the designed CCM system can fulfill the movement needed for manufacturing a composite structure with Y-shape.

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

A collaborative composite manufacturing system is developed for robotic lay-up of composite laminates using the prepreg tape. The proposed system allows the production of composite laminates with high levels of geometrical complexity. The issues in the path planning, coordination of the robots and control are addressed in the proposed method.

Fonctionnement du système de fabrication composite collaborative (CCM)

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...