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. דגימת חיתוך והכנת ריתוך Ultrasonic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותך דגימות מלבנות מדידת 25.4 מ&quot;מ x 101.6 מ&quot;מ לרבד מרוכבים תרמופלסטיים גדול בטכניקת חיתוך שמונעת delamination של קצוות של הדגימות (למשל, יהלום נדנדה או חיתוך סילון מים). הערה: את הממדים של הדגימות מבוססות על התקן ASTM D 1002. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאז כוחו של המפרקים המרותכים תלוי כיוון הסיבים על המשטחים להיות מרותך 10, לטפל לחתוך את כל דגימות בכיוון זהה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר חיתוך, דגימות יבשות בתנור לפי המלצות יצרן במקרה שרף תרמופלסטיים נוטה לספוג לחות (למשל, 6 שעות ב C ° 135 במשך שישה-שכבה סיב פחמן מחוזקי polyetherimide, CF / PEI, דגימות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרסה במאי אנרגיה שטוחה עשוי סרט תרמופלסטיים מסודר (אותו השרף כמו מטריקס ב מורכב) לגודל (כ 2<html> 6 מ&quot;מ x 26 מ&quot;מ) עם עובי של 0.25 מ&quot;מ לפחות. במידת הצורך, לייבש את מנהל האנרגיה בעקבות המלצות היצרן (למשל, 1 שעה ב 135 מעלות צלזיוס במשך מנהל האנרגיה PEI). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני ריתוך, לבדוק דגימות אחד אחד פינות delaminated וזורקים במידת הצורך. נקו אותם באמצעות מסיר שומנים ומטלית כותנה. נקה את דירקטורי אנרגיה השטוחים הבאים באותו האופן. </li></ol> 2. ריתוך Ultrasonic של קופונים היחיד Lap Shear הערה: רתך מיקרו-מעבד מבוקר קולי מסוגל לרתך ב משרעת קבועה משמש בשלב זה. נתוני תהליך פלטי רתך, כגון הספק נצרך ועקירה של sonotrode לעומת זמן לתוכנת רכישת נתונים במחשב. לנענע שהותקן מעוצב ומיוצר כדי למקם במדויק מהדק דגימות גזירה הברכיים אחת במהלך ריתוך קולי משמש בשלב זה (ראה איור 1). -together.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig1.jpg" /> איור 1. רתך Ultrasonic והתקנת ריתוך שהותקן השתמשה במחקר זה 1:. Sonotrode, 2: פלטפורמה זזה, 3: מהדק עבור דגימה העליונה (מצורף 2), ו -4: מהדק עבור דגימה הנמוכה (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא את גיליון יומן לפני כל ניסוי ריתוך. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרשום את הפרמטרים הבאים: RT ולחות, הפנית Setup ריתוך, סוג sonotrode, מספר מדגם וחומרים, רוחב ועובי של דגימות העליונות ותחתונות, ועובי של מנהל האנרגיה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל הרתך והמחשב הקולי. הפעל את תוכנת רכישת הנתונים לפתוח הפעלה חדשה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם לא כבר במקום, לשנות את sonotרכב על גלילי sonotrode בקוטר של 40 מ&quot;מ, כך המשטח התחתון שלה מכסה את כל שטח הריתוך לחלוטין. הערה: צורה שונה של sonotrode ניתן להשתמש, אבל המשטח התחתון שלה לא צריך להיות קטן יותר מאשר באזור הריתוך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיקום ושינוי לקבע דגימות ומנהל אנרגיה לתוך לנענע ריתוך (ראה איור 1). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף דירקטור אנרגיה שטוח כדי דגימה התחתונה עם דבק כך שהוא מכסה שטח גדול יותר במעט באזור להיות מרותך (12.7 מ&quot;מ x 25.4 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם התחתונה לתוך לנענע והדק אותו על ידי הידוק בורג העליון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלטתי את הקצה השני של במאי האנרגיה לבסיס של ההתקנה כך שהוא נשאר במקום תוך כדי תהליך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המדגם העליון לתוך מהדק, ליישר אותו והדק את הבורג העליון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקמו את מהדק למדגם העליון לתוך הפלטפורמה הזזה והדק את שני הברגים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני שתמשיך, ולהדק את כל ארבעת הברגים פעם מבֶּצֶר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קבע את המשך האופטימלי של שלב רטט מבוסס על העקירה של sonotrode כדי להשיג את כוח לרתך הגבוה ביותר, כמתואר בשלבי 2.5.1 ל 2.5.8. הערה: משך אופטימלי של שלב הרטט נקבע לכל שילוב רצוי של כוח הריתוך משרעת רטט. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר הרתך הקולי דיפרנציאלי מצב עקירת שליטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט ריתוך כוח משרעת רטט לתוך הרתך הקולי (למשל, 300 N ו- 86.2 מיקרומטר). הערה: רתך קולי זה, 86.2 מיקרומטר תואמת את משרעת רטט שיא-לשיא. בהגדרות המכשירות, זה מבוטא חצי ערך זה, 43.1 מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קלט עקירת sonotrode, או נסיעות, בסוף השלב רטט כערך שווה עובי הראשוני של במאי האנרגיה (למשל, 0.25 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוח מיצוק קלט וזמן לתוך הרתך הקולי (למשל, 1,000N ו -4,000 msec). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מוכן, לשים על אוזניות לרעש ולהתחיל בתהליך הריתוך הקולי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר השלמת התהליך, לרשום את הפרמטרים הפלט הבא: מרחק ריתוך, מקסימום כוח, זמן רטט ואנרגיה. הסר את הקופון מההגדרה של הריתוך ולכתוב מספר זיהוי שלו בשני קצוות עם סמן צבע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייצא את נתוני ריתוך (כוח ותזוזה של sonotrode) לגיליון אלקטרוני ומשרטט את הכח ואת העקירה לעומת עקומות זמן בשלב הרטט של התהליך. הערה: עקומת העקירה צריכה עלילת התזוזה כלפי מטה של ​​יחסי sonotrode בעמדתה בתחילת שלב הרטט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את העקירה באמצע רמת הכח (שלב 4), כפי שמוצג על איור 2 (במקרה זה, 0.10 מ&quot;מ). הערה: ערך תזוזה מסוים זוהי הנסיעה האופטימלית השולט משך שלב הרטט והרצוןלשמש בכל לרתך בא עבור אותה בכח משרעת הריתוך. </li></ol></li></ol><img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> כוח איור 2. (שחור) ועקירה (אפור) עקום לתהליך הריתוך הקולי המציין ערך נסיעות אופטימלי. שלב הרטט של הריתוך הקולי ניתן לחלק ב 5 שלבים. ערך נסיעות אופטימום ממוקם בתוך מקרה בשלב 4.: סיבי פחמן מחוזקים מצעים polyetherimide -PEI, 0.25 מ&quot;מ בעובי מנהל האנרגיה שטוח PEI, 300 N כוח ריתוך, 86.2 משרעת רטט מיקרומטר, 0.25 נסיעות מ&quot;מ. (הודפס מחדש מהתייחסות 4 באישור Elsevier.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="6" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קופונים וולד לפי שווי הנסיעה האופטימלית עבור כוח הריתוך הנתון combinatio משרעתn. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חוזרים על שלבים 2.1 ל 2.5.6 לכל לרתך. בשלב 2.5.3, השתמש הנסיעה האופטימלית שנקבעה צעד 2.5.8 עבור כוח הריתוך המקביל שילוב משרעת. הערה: כל בדיקות LSS מתבצעים הבא ASTM D 1002 על מחשב בדיקה אוניברסלית עם מהירות crosshead של 1.3 מ&quot;מ / דקה. </li></ol></li></ol> 3. יחיד Lap שאר חוזק (LSS) בדיקה של קופונים מרותך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד לרשום את רוחב החפיפה לכל קופון מרותך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעילו את מכונת בדיקה אוניברסלית ולפתוח הליך הבדיקה עבור LSS במחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בממשק הבדיקות, הזן את מספר המדגם והממדים של החפיפה. הגדר את הכוח ל -0 ואת ההפרדה אחיזה אל האחיזה למיקומו ההתחלתי (למשל, 60 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את המדגם האוחז של מכונת בדיקה כפי שמוצג על איור 3. </li></ol><img alt="איור 3" src = &quot;/ files / ftp_upload / 53,592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; איור 3. מבט סכמטי של clamping במכונת הבדיקה האוניברסלית זוויק / Roell 250 kN (לא בקנה מידה). העקירה לקזז בין האוחז העליון ותחתון מאפשרת יישור כיוון העומס כאשר קו אמצע לרתך כדי למזער כיפוף במהלך גזירת הברכיים מבחן כוח. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <ol start="5" style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הליך הבדיקה מהמחשב על ידי לחיצה על כפתור &quot;התחל&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הפסקות מדגם, להסיר אותו אוחז ולאבטח את שני החלקים יחד עם קלטת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 3.3 כדי 3.6 כל דוגמאות אחרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר שהושלמו הבדיקות, לייצא את הנתונים לגיליון אלקטרוני ולחשב את הערך LSS הממוצע, על פי ההליך המתואר בתקן, עבור כל כוח ריתוך שילוב משרעת. </li></ol>

<ol>
	<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.

התוצאות המוצגות בסעיף קודם מצביעות על נאותות השיטה הפשוטה הציעה במאמר זה עבור ריתוך בגלים על קוליים של קופונים ברכיים יחידים מורכבים תרמופלסטי לצורך הבדיקות מכאנית. הפסקאות הבאות לדון כיצד התוצאות לאמת השלושה מעמודי התווך של השיטה, כלומר, שימוש דירקטורי אנרגי?...

מרוכבים תרמופלסטיים (TPC) יש את היכולת להיות מרותך, אשר תורמים הייצור החסכוני שלהם. ריתוך דורש חימום מקומי תחת לחץ כדי לרכך או להמס את שרף תרמופלסטיים של המשטחים שהצטרפו כדי לאפשר מגע אינטימי-דיפוזיה יתר בדיעבד של שרשרות פולימר תרמופלסטי על פני ממשק הריתוך. לאחר הבין-דיפוזיה מולקולרית מושגת, הרגעות בלחץ מאחדת המפרק מרותך. כמה טכניקות ריתוך החלות על מרוכבים תרמופלסטיים אשר נבדלים בעיקר מקור חום 1, לעומת זאת, מנגנון &quot;הידבקות&quot; העיקרי, כלומר, ההסתבכות מולקולרית, עומד בעינו. ריתוך Ultrasonic מציע פעמי ריתוך קצרות מאוד (לפי סדר של מספר שניות), אוטומציה קלה וזה כמעט תלוי בסוג של תגבור המצעים מהרוכבים תרמופלסטיים. יתר על כן, היא מציעה את האפשרות עבור באתרו ניטור 2,3 </sup&gt;, אשר ניתן להשתמש בהם עבור באבטחת איכות קו או עבור הגדרה מהירה של חלונות עיבוד 4. ריתוך Ultrasonic של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים הוא בעיקר תהליך ריתוך נקודה, ריתוך מוצלח עם זאת של תפרים עוד דרך ריתוך קולי רציפים דווח בספרות 5. בניגוד ריתוך התנגדות או אינדוקציה, ריתוך קולי לא יושם באופן תעשייתי עבור מפרקים מבניים בין חלקים מורכבים תרמופלסטיים עד כה. אף על פי כן, מאמץ משמעותי בימים אלה המוקדשים לקידום ופיתוח של ריתוך קולי מבני של חומרים מרוכבים תרמופלסטיים עבור יישומי מטוסים. ב ריתוך קולי, חלקים יצטרפו חשופי שילוב של כוח סטטי רעידות מכאניות בתדירות גבוהה נמוכות משרעת רוחבי לממשק הריתוך, שתוצאתה דור חום דרך המשטח וחימום viscoelastic. חימום מועדף על ממשק הריתוך מקודםבאמצעות בליטות שרפו על המשטחים להיות מרותך אשר עוברת זן מחזורי גבוה, ובכך חימום viscoelastic הגבוה, מאשר המצעים 6. חיל ורעידות הם הפעילו על החלקים המיועדים לריתוך באמצעות sonotrode מחוברת לחץ כדי רכבת קולית מורכב ממיר פייזו חשמלי מאיץ. בהתאם למרחק בין הנקודה אם במגעי sonotrode החלק יצטרף ואת ממשק הריתוך, הבחנה יכולה להתבצע בין השדה ליד וריתוך קולי שדה רחוק. שדה ליד ריתוך (פחות מ -6 מ&quot;מ בין sonotrode וממשק ריתוך) הוא החלים על מגוון רחב יותר של חומרים תוך תחולתה של ריתוך השדה רחוק כדי חומר תרמופלסטי ספציפי תלוי מאוד את היכולת של החומר לנהל גלי קול 6 . תהליך הריתוך הקולי ניתן לחלק לשלושה שלבים עיקריים. ראשית, שלב הצטברות הכוח, שבמהלכה sonotroדה בהדרגה מגדילה את הכח על החלקים המיועד לריתוך עד כוח הדק מסוים הוא הגיע. אין רטט מוחל בשלב זה. שנית, שלב רטט, אשר מתחיל ברגע כוח ההדק הוא הגיע. בשלב זה sonotrode רוטט משרעת שנקבעו עבור סכום מסוים של זמן לייצר את החום הדרוש לתהליך הריתוך. מבוקרת מיקרו-מעבד רתכים קולי מספקים מספר אפשרויות לשליטה על משך השלב רטט, ביניהם זמן (כלומר, שליטה ישירה), עקירה או אנרגיה (שליטה עקיפה). הכח ליישם בשלב זה, כלומר, ריתוך כוח, יכול להישמר קבוע שווה לכוח ההדק או יכול להיות מגוון בהדרגה במהלך יישום של הרטט. שלישית, שלב מיצוק, שבמהלכו החלקים המרותכים מותר להתקרר תחת כוח מיצוק מסוים עבור סכום מסוים של זמן. אין רטט מוחל במהלך השלב האחרון זה. FO ריתוךRCE, משרעת רטט, תדר רטט ומשך בשלב הרטט (במישרין או בעקיפין באמצעות אנרגיה או עקירה) הם פרמטרי ריתוך השולטים דור חום. חיל, משרעת ומשך הם פרמטרים המוגדרים על ידי המשתמש, בעוד תדר קבוע בכל רתך קולי. כוח התמצקות זמן מיצוק, גם ריתוך פרמטרים, לא להתערב בתהליך החימום אבל להשפיע על האיחוד, יחד עם שאר פרמטרים, האיכות הסופית של מפרקים המרותכים. מאמר זה מציג שיטה פשוטה רומן עבור ריתוך בגלים על קוליים שדה קרוב של קופונים TPC פרט בתצורת ברכיים יחידה עבור גזירת ברכיים מכאנית, יחיד עוקבת (LSS), בדיקות הבאות ASTM (אגודה האמריקנית לבדיקות וחומרים) תקן D 1002. בדיקה מכאנית של קופונים המרותכים מאפשרת קביעת חוזק גזירת ברכיים לכאורה של המפרקים, שהוא אחד מאפיינים ביותר commרק משמש לכמת את עוצמת מפרקים מרותכים מרוכבים תרמופלסטיים 7. שיטת הריתוך המתואר במאמר זה מבוססת על שלושה יסודות מרכזיים. ראשית, מנהלי אנרגיה שטוחה רופף משמשים לייצור חום מועדף על הממשק שהצטרף 8,9 במהלך תהליך הריתוך. שנית, נתונים בתהליך שמספק רתך הקולי משמש להגדרת המשך אופטימלית במהירות של שלב הרטט עבור כוח ספציפי / משרעת שילוב 2,4. שלישית, משך שלב הרטט נשלט בעקיפין באמצעות התזוזה של sonotrode על מנת להבטיח איכות עקבית של מפרקים המרותכים 4. שיטת ריתוך זה מציע את החידושים העיקריים הבאות ויתרונות לגבי המדינה- of-the-art נהלי ריתוך עבור מרוכבים תרמופלסטיים: (א) הכנת מדגם פשוטה מופעלת על ידי שימוש דירקטורי אנרגיה שטוחים רופפים במקום דירקטורי אנרגיה יצוקים מסורתיים 3, ו (ב) מהיר גOST-יעיל לגילוי פרמטרי עיבוד על ידי ניטור תהליך in-situ בניגוד לגישות ניסוי וטעייה משותפות. למרות השיטה המתוארת במאמר זה מיועד קבלת גיאומטרית ריתוך מאוד ספציפית ופשוטה זה יכול לשמש בסיס לפיה יוגדר תהליך לריתוך של חלקים בפועל. בדל עיקרי במקרה הנובע זרימה מאולצת של במאי האנרגיה בניגוד זרימה חופשית בארבעת קצות חפיפת קופונים ברכיים יחידים.

<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.

סיבי פחמן מחוזקים polyetherimide (CF / PEI) דגימות היו מרותכות בעקבות השיטה המתוארת במאמר זה. הדגימות נלקחו לרבד מרוכבים עשויים מתוך חמישה-הרתמה סאטן בד CF / PEI, עם (0/90) רצף 3S גדישה 1.92 מ&quot;מ עובי נומינלי. דוגמאות קוצצו מן לרבד זה כך את הכיוון הברור העיקריים ש?...

Watch this Scientific Journal Video about Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing at JoVE.com

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.

ריתוך Ultrasonic של קופונים Composite תרמופלסטיים עבור אפיון מכני של חיבורי ריתוך באמצעות Lap יחיד בדיקות גזירה

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

ultrasonic-welding-thermoplastic-composite-coupons-for-mechanical

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Civil Engineering

Engineering

Unit 1

Strength of Concrete

SCIENTISTS IN ACTION

11.5K Views.  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.

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

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

אפיון של תחבורה תרמית בחומרים מוצקים חד ממדיים

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

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.

ניסויים בUltrasonic שימון שימוש Tribometer סייע-Piezoelectrically וProfilometer האופטי

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

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.

בדיקה של שחרור Nanoparticle מתוך Composite המכיל nanomaterial באמצעות מערכת קאמרית

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

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.

מנגנון בדיקה חדשנית Biaxial לקביעת גבול יצירת תחת תנאי חם החתמת

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.

יישום ניסיוני של שיטת ייצור ללא הפרדות צבע חדשה: חשיפת סיבי חשופות על פני השטח Composite בשיטת שכבה רכה

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.

עייפות אולטראסאונד בדיקה במצב מתח דחיסה

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.

מגנט בסיוע ייצור מורכבים: גמיש טכניקה חדשה להשגת קונסולידציה גבוהה בלחץ בתהליכים ואקום שקית/Lay-Up

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.

יצירת מפרקים הברכיים באמצעות חיכוך מערבבים ריתוך ספוט על DP780 פלדה

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.

הליכי גזירה, בדיקות מתיחה, ו ההזדקנות של ציפויים חד כיווני חד-כיווני מרוכבים

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