Name: ultrasonic welding of thermoplastic composite coupons for mechanical characterization of welded joints through single lap shear testing
Uploaded: 2016-02-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: 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

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. Numune Ultrasonik Kaynak Kesme ve Hazırlama <ol><li> Örneklerde (örneğin, elmas testere veya su püskürtmeli kesme) kenarlarının tabakalarının ayrılmasını engelleyen bir kesme tekniği kullanılarak daha büyük bir termoplastik kompozit laminatından 25.4 mm x 101.6 mm olan dikdörtgen numune kesin. Not: Numunelerin boyutları ASTM D 1002 standardı dayanmaktadır. <ol><li> Kaynak bağlantılarının gücü yüzeylerinde elyaf oryantasyonu bağlı olduğu aynı yönde tüm örnekleri kesmek için özen, 10 kaynak yapılacak. </li></ol></li><li> Durumda, üreticinin tavsiye ettiği gibi, bir fırın içinde, kuru numuneler kesilmesinden sonra termoplastik reçine nem emme eğilimi (örneğin, altı tabakası karbon fiber 135 ° C &#39;de 6 saat CF / PEI numuneler polietermidin güçlendirilmiş). </li><li> Yaklaşık 2 (boyutu (kompozit matris olarak aynı reçine) düzgün termoplastik filmden yapılmış yassı enerji yönetmenleri Cuten az 0.25 mm kalınlığında 6 mm x 26 mm). Gerekirse, üreticinin tavsiyelerine aşağıdaki enerji direktörü kurutun (örneğin, PEI enerji müdürü 135 ° C&#39;de 1 saat). </li><li> Kaynak öncesinde, numuneler- delamine köşeler için teker teker incelemek ve gerekirse atın. Bir yağ sökücü ve bir pamuklu bir bez kullanarak temizleyin. aynı prosedür takip düz enerji yöneticileri temizleyin. </li></ol> Tek Bindirme Kesme Kuponlar 2. Ultrasonik Kaynak Not: Sabit genlikte kaynak ultrasonik kaynak mümkün kontrollü mikro işlemci, bu aşamada kullanılır. Bu harcanan güç ve bir bilgisayar veri toplama yazılımı Sonotrode zamana göre değiştirmesi gibi kaynak çıkışları işlem verileri. Tasarlanmış ve doğru konumlandırmak ve ultrasonik kaynak sırasında tek tur kesme örnekleri kelepçe imal bir özel yapılmış jig bu adımda kullanılan (Şekil 1). Şekil 1. Ultrasonik kaynakçı ve bu çalışmada kullanılan özel olarak oluşturulmuş bir kaynak kurulumu 1:. Sonotrode, 2: sürgülü platformu, 3: (2 ekli) üst numune için kelepçe ve 4: alt numune için kelepçe (referans yayımlanmaktadır Elsevier izni ile 4). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol><li> Her kaynak deneyden önce bir seyir defteri sayfasını doldurun. <ol><li> RT ve nem, kaynak kurulum referansı, sonotrode türü, örnek numarasını ve malzemeleri, genişlik ve üst ve alt numunelerin kalınlığı ve enerji yönetmeni kalınlığı: aşağıdaki parametrelerin dikkate alın. </li></ol></li><li> ultrasonik kaynakçı ve bilgisayarı açın. veri toplama yazılımını başlatın ve yeni bir oturum açın. </li><li> değil zaten yerinde ise, SONOT değiştirmekalt yüzeyi tamamen kaynak alanı kaplayacak şekilde 40 mm bir çapı olan silindirik bir Sonotrode indi. Not: Sonotrode farklı bir şekli kullanılabilir, ancak, alt yüzeyi kaynak alanında daha küçük olmamalıdır. </li><li> Pozisyon ve kaynak jig içine örnekleri ve enerji direktörü sabitleşmek (Şekil 1). <ol><li> bu alanda kaynak yapılacak biraz daha büyük bir alana (12.7 mm x 25.4 mm) kapsayacak şekilde yapışkan bant ile alt numune düz bir enerji yönetmen takın. </li><li> jig içine alt örnek yerleştirin ve üst vidayı sıkarak kelepçe. </li><li> bu işlem sırasında yerde kalır, böylece kurulum tabanına enerji yönetmenin diğer ucunu bantlayın. </li><li> , Kelepçe içine üst örnek yerleştirin hizalayın ve üst vidayı sıkın. </li><li> sürgülü platformda üst numune için kelepçeyi yerleştirin ve her iki vidayı sıkın. </li><li> Daha fazla ilerlemeden önce, m kez tüm dört vidayı sıkıncevher. </li></ol></li><li> adım 2.5.8 2.5.1 de tarif edildiği gibi, yüksek kaynak dayanıklılığını elde etmek için Sonotrode yer değiştirmesi göre vibrasyon fazının optimum süre belirler. Not: Titreşim fazının optimum süresi kaynak kuvveti ve titreşim genliği, her bir istenen kombinasyon için saptanır. <ol><li> deplasman kontrol modunu diferansiyel ultrasonik kaynakçı olarak ayarlayın. </li><li> Giriş (örneğin, 300 N ve 86.2 mm) ultrasonik kaynakçı içine kuvvet ve titreşim genliği kaynak. Not: Bu ultrasonik kaynakçı için, 86.2 mikron tepe-tepe titreşim genliği karşılık gelir. makine ayarları, bu devre, bu değerin, 43.1 um olarak ifade edilir. </li><li> Giriş (örneğin, 0.25 mm) enerji yönetmenin ilk kalınlığına eşit bir değer olarak titreşim fazının sonunda sonotrode deplasman veya yolculuk. </li><li> Girdi katılaşma kuvvet ve zaman ultrasonik kaynakçı içine (örneğin, 1000N ve 4.000 msn). </li><li> Hazır olduğunuzda, ses geçirmez kulaklık koymak ve ultrasonik kaynak işlemini başlatın. </li><li> Kaynak mesafe, maksimum güç, titreşim zaman ve enerji: işleminin tamamlanmasından sonra, aşağıdaki çıkış parametreleri not alın. Kaynak kurulumdan kupon çıkarın ve her ikisi de bir boya işareti ile biter onun kimlik numarasını yazın. </li><li> Bir e-tabloya kaynak verilerini (güç ve Sonotrode yer değiştirmesi) İhracat ve sürecin titreşim aşamasında zaman eğrileri karşı güç ve deplasman arsa. Not: yer değiştirme eğrisi vibrasyon fazın başlangıcında pozisyonuna sonotrode nisbetle aşağı doğru yer değiştirmesine çizmek gerekir. </li><li> (Bu durumda, 0.10 mm) Şekil 2&#39;de görüldüğü gibi güç plato (evre 4) ortasında yer değiştirmesini belirleyin. Not: Bu özel değiştirme değeri titreşim faz ve irade süresini kontrol eden optimum seyahat olduğunuAynı kaynak kuvveti ve genlik için sonraki her kaynakta kullanılacak. </li></ol></li></ol><img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53592/53592fig2.jpg" /> Şekil 2. Güç (siyah) ve optimum seyahat değerini gösteren ultrasonik kaynak işlemi için deplasman (gri) eğrileri. Ultrasonik kaynak titreşim aşaması 5 aşamada ayrılabilir. Optimum değer aşaması 4. Çalışma durumda içinde yer almaktadır: karbon fiber polieterimid -PEI yüzeyler, 0.25 mm kalınlığında düz PEI enerji müdürü, 300 N kaynak gücü, 86.2 mikron titreşim genliği, 0,25 mm seyahat güçlendirilmiş. (Elsevier izni ile referans 4 yayımlanmaktadır.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="6"><li> Verilen kaynak kuvveti ve genlik combinatio için optimum seyahat değerde kaynak kuponn. <ol><li> Yineleyin her kaynak için 2.5.6 için 2.1 adımları tekrarlayın. Adım 2.5.3, karşılık gelen kaynak kuvveti ve genlik kombinasyonu için adım 2.5.8 belirlenen optimum yolculuğunu kullanabilir. Not: Tüm LSS testleri 1.3 mm / dakika kroshed hızında bir üniversal test makinesi üzerinde ASTM D 1002, aşağıdaki gerçekleştirilmektedir. </li></ol></li></ol> Kaynaklı Kupon 3. Tek Bindirme Kesme Mukavemeti (LSS) Test <ol><li> Tedbir ve her kaynaklı kupon için üst üste genişliği dikkat ediniz. </li><li> üniversal test makinesi açın ve bilgisayara LSS için test prosedürü açın. </li><li> Test arayüzde, örnek numarasını ve örtüşme boyutları girin. 0 kuvvet ve (örneğin, 60 mm) başlangıç ​​konumuna tutma-sap ayırma ayarlayın. </li><li> Şekil 3 de görüldüğü gibi test makinesinin kulpları numune yerleştirin. </li></ol><img alt="Şekil 3," src = &quot;/ files / ftp_upload / 53592 / 53592fig3.jpg&quot; /&gt; Zwick / Roell 250 kN üniversal test makinesi (ölçeksiz) &#39;de sıkma Şekil 3. şematik görünümü. Üst ve alt çene arasındaki ofset deplasman tur kesme sırasında eğilme en aza indirmek için merkez kaynak hattı ile yük yönünü hizalayarak veriyor dayanım testi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53592/53592fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="5"><li> &quot;Başlat&quot; butonuna tıklayarak bilgisayardan test prosedürü başlatın. </li><li> Örnek molasından sonra, kulpları çıkarın ve bant ile birlikte iki parçayı sabitleyin. </li><li> Tekrarlayın 3.3 Diğer tüm numuneler için 3.6 için yineleyin. </li><li> Testler tamamlandığında, her kaynak gücü ve genlik birleşimi için, standart açıklanan prosedüre göre, bir elektronik tabloya veri ihracat ve ortalama LSS değerini hesaplamak. </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.

Bir önceki bölümde sunulan sonuçlar, mekanik test amaçlı termoplastik kompozit tek tur kupon ultrasonik kaynak bu çalışmada önerilen basit yöntemin uygunluğunu göstermektedir. Aşağıdaki paragraflar sonuçları yöntemin üç ana ayağı doğrulamak nasıl tartışmak, yani düz gevşek enerji yönetim, süreç geribildirim kullanım kullanımı, optimum titreşim ve yer değiştirme kontrolü kullanım süresini yanı sıra uygulanabilirliğini ve sınırlarını tanımlamak için teknik. <p...

Termoplastik kompozit (TCK) kendi maliyet-etkin üretim katkıda kaynak yapılacak yeteneği var. Kaynak yumuşatmak veya birleştirme yüzeylerinin termoplastik reçine eritmek ve yakın temas ve kaynak arayüzü üzerinden termoplastik polimer zincirleri sonraki arası difüzyon için izin vermek için basınç altında yerel ısıtma gerektirir. Moleküler arası difüzyon sağlandıktan sonra, basınç altında soğuma kaynaklı eklem birleştirir. Çeşitli kaynak teknikleri Grup 1 Bununla birlikte, temel &quot;yapışma&quot; mekanizması, örneğin, Molecular dolanması kaynağı esas olarak farklı termoplastik kompozit uygulanabilir, değişmeden kalır. Ultrasonik kaynak (birkaç saniye sırasına göre) çok kısa kaynak süreleri, kolay otomasyon sunar ve termoplastik kompozit yüzeylerde de takviye Çeşidi neredeyse bağımsızdır. Ayrıca, yerinde 2,3 izleme olanağını sunar </sup&gt;, Çizgi kalite güvencesi için ya da işleme pencerelerin 4 hızlı tanımlanması için kullanılabilir. Termoplastik kompozitlerin Ultrasonik kaynak çoğunlukla nokta kaynak işlemi, ardışık ultrasonik kaynak ile daha uzun dikiş ancak başarılı kaynak literatürde 5 bildirilmiştir olduğunu. direnç veya endüksiyon kaynak aksine, ultrasonik kaynak endüstriyel şimdiye kadar termoplastik kompozit parçalar arasındaki yapısal derzler için uygulanmamıştır. Bununla birlikte, önemli çaba şu anda uçak uygulamaları için termoplastik kompozitlerin yapısal ultrasonik kaynak gelişimini ilerletmek için tahsis ediliyor. ultrasonik kaynak olarak, birleştirilecek parça, enine yüzey ve viskoelastik ısıtılarak ısı oluşumuna yol açar kaynak arabirim, statik kuvvet ve yüksek frekanslı düşük amplitüdlü Titreşimlerin bir kombinasyonuna tabi tutulmuştur. kaynak arayüzünde Tercihli ısıtma terfiyüzeylerde reçine uzantıların kullanımı yoluyla alt tabakalar 6 daha yüksek siklik suşu maruz kalır ve böylece daha yüksek bir viskoelastik Isıtma olan bağlı olmasıdır. parçaları basına ve piezo elektrik dönüştürücü ve güçlendirici oluşan bir ultrasonik tren bağlı bir Sonotrode ile kaynak yapılacak üzerine kuvvet ve titreşim sarf edilmektedir. Sonotrode temas bölümü birleştirilecek nokta ve kaynak arayüzü arasındaki mesafeye bağlı olarak, bir ayrım yakın alan ve uzak alan ultrasonik kaynak arasında yapılabilir. Yakın alan kaynak (Sonotrode ve kaynak arayüzü arasında en az 6 mm) ses dalgalarını 6 yürütmek malzemenin yeteneği son derece bağımlı belirli bir termoplastik malzeme uzak alan kaynak uygulanabilirliği iken malzemelerin daha geniş uygulanabilir olduğunu . Ultrasonik kaynak işlemi üç ana evreye ayrılabilir. Birincisi, bir kuvvet birikmesi aşaması, hangi sonotro sırasındade yavaş yavaş belli bir tetik kuvveti ulaşana kadar parçalar üzerinde kuvvet kaynak yapılacak artırır. Hiçbir titreşim bu aşamada uygulanır. İkinci olarak, tetikleme kuvveti ulaşıldığında başlayan bir titreşim aşaması. Bu aşamada sonotrode kaynak işlemi için gerekli olan ısı üreten, belirli bir zaman miktarı için öngörülen genlik titreşir. Mikroişlemci kontrollü ultrasonik kaynakçılar titreşim fazının süresini, aralarında zaman (yani, direkt kontrol), deplasman ya da enerji (dolaylı kontrol) kontrol etmek için birçok seçenek sunmaktadır. Bu faz esnasında uygulanan kuvvet, kuvvet kaynağı, sürekli ve tetikleme kuvvetine eşit tutulabilir, yani ya da yavaş yavaş titreşim uygulaması sırasında değiştirilebilir. Üçüncü olarak, kaynaklı parçaların izin sırasında bir katılaşma fazı, zaman belirli bir miktar için belirli bir katılaşma kuvveti altında soğumasını. Hiçbir titreşim bu son aşamasında uygulanır. kaynak foRCE, titreşim genliği, titreşim frekansı ve titreşim fazı süresinin (ya doğrudan ya da dolaylı olarak enerji veya yer değiştirme ile kontrol edilen) ısı üretimi kontrol kaynak parametreleri vardır. sıklığı her ultrasonik kaynakçı için sabit iken Kuvvet, genlik ve süresi, kullanıcı tanımlı parametrelerdir. Katılaşma kuvvet ve katılaşma süresi, aynı zamanda parametreleri kaynak, parametrelerin kalanı, kaynaklı birleştirmelerin nihai kalitesi ile birlikte, ısıtma sürecine müdahale ancak konsolidasyon etkiler ve yok. Bu yazıda D 1002 standardına (Test ve Malzeme American Society) ASTM aşağıdaki sonraki mekanik, tek tur kesme (LSS), test için tek bir tur yapılandırmada bireysel TCK kupon yakın alan ultrasonik kaynak için yeni bir basit bir yöntem sunar. Kaynaklı kupon mekanik test özelliklerinin çoğu iletişimi biridir eklemlerin görünür tur kesme mukavemeti, belirleyici sağlarSadece termoplastik kompozit kaynaklı eklem 7 gücünü ölçmek için kullanılır. Bu yazıda anlatılan kaynak yöntemi üç ana bölümden oluşmaktadır. Birincisi, gevşek düz enerji direktörleri kaynak işlemi sırasında katılmadan arayüzü 8,9 tercihli ısı üretimi için kullanılmaktadır. İkinci olarak, ultrasonik kaynak makinası tarafından sunulan işlem verileri hızlı bir şekilde belirli bir kuvvet / genlik kombinasyon 2,4 titreşim aşamasında optimum süresinin belirlenmesi için kullanılır. Üçüncüsü, titreşim fazının süresi dolaylı Kaynak bağlantılarının 4 tutarlı kalitesini sağlamak amacıyla Sonotrode yerinden aracılığıyla kontrol edilir. Bu kaynak yöntemi termoplastik kompozitler için state-of-the-art kaynak prosedürlerine ile ilgili olarak aşağıdaki ana yenilikleri ve avantajları sunar: (a) basitleştirilmiş numune yerine geleneksel kalıp enerji yönetim 3 gevşek düz enerji yönetim kullanımı ile etkin hazırlanması ve (b) hızlı ve cortak deneme yanılma yaklaşımları aksine in-situ süreç izleme dayalı işlem parametrelerinin ost verimli tanım. Bu yazıda anlatılan yöntem çok özel ve basit kaynak geometri elde yönelikse rağmen fiili parçaların kaynak için bir prosedür tanımlamak için bir temel olarak hizmet verebilir. Tek tur kuponlar örtüşme dört kenarlarında sınırsız akışına karşı bu durumda bir temel fark, enerji müdürü kısıtlı akış kaynaklanır.

<table><tbody><tr><td>&lt;strong&gt;Material/Reagent&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cetex carbon fiber / polyetherimide (CF/PEI) 5 harness satin prepreg</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>Contact vendor</td><td>Material used in this study for the specimens.</td></tr><tr><td>PFQD solvent degreaser</td><td>PT Technologies Europe (now Socomore - www.socomore.com)</td><td>Contact vendor</td><td>Solvent degreaser for cleaning the specimens and energy directors.</td></tr><tr><td>Cotton cloths</td><td></td><td></td><td>For general cleaning purposes. No specific vendor was used.</td></tr><tr><td>0.25 mm PEI film</td><td>TenCate Advanced Composites (www.tencate.com)</td><td>Contact vendor</td><td>Thin film used as energy director.</td></tr><tr><td>Adhesive tape</td><td>Airtech Advanced Materials Group (www.airtechintl.com)</td><td>1&quot; x 72 yds MFG # 327402 Contact vendor for catalog number</td><td>Used to attach energy director to bottom sample for ultrasonic welding.</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Name&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Company&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Catalog Number&lt;/strong&gt;</td><td>&lt;strong&gt;Comments&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Equipment&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>V&amp;ouml;tsch oven</td><td>V&amp;ouml;tsch Industrietechnik (www.voetsch-ovens.com)</td><td>VTU 60/60 - Contact vendor for specific catalog number</td><td>Oven used to dry PEI film (energy directors) and PEI specimens before welding.</td></tr><tr><td>Rinco Dynamic 3000 ultrasonic welder</td><td>Aeson BV (www.aeson.nl/en/)</td><td>Contact vendor</td><td>20 kHz ultrasonic welding machine used for the welding experiments. Several sonotrode sizes available. Contact vendor for details. ACUCapture software included.</td></tr><tr><td>Zwick/Roell universal testing machine</td><td>Zwick (www.zwick.com)</td><td>Z250 - Contact vendor for specific catalog number</td><td>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.

Karbon fiber takviyeli polieterimid (CF / AST) örnekleri bu yazıda anlatılan yöntemi izlenerek kaynaklı bulundu. Numuneler (0/90) 3S istifleme dizisi ve 1.92 mm anma kalınlığa sahip, saten kumaş CF / PEI beş koşum yapılmış kompozit laminat elde edilmiştir. liflerinin ana belirgin yönü en uzun kenarına paralel olduğu şekilde numuneler bu laminattan kesilmiştir. 0.25 mm kalınlığında düz PEI enerji yöneticileri kullanıldı. İmalatçının işaret etti...

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.

Tek Bindirme Kesme Testi aracılığıyla Kaynaklı Eklemler Mekanik Karakterizasyonu için termoplastik kompozit Kuponlar Ultrasonik Kaynak

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 Görüntüleme.  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

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.

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

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

Mühendislik

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.

Bir Chamber Sistemi Kullanarak nanomaterial İçeren Bir Kompozit gelen Nanopartikül Release Test

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.

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.

Son derece Konsantre Süspansiyonlarının reolojik Karakterizasyonunda Zorluklar - Ekran-baskı Gümüş Pastaları için bir Vaka Çalışması

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.

Sıcak Baskı Koşullarında Şekillendirme Limit belirlemesi için yeni bir iki eksenli Test Aparatı

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

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.

Ultrasonik yorgunluk gerginlik-sıkıştırma modunda test

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 ...

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.

DP780 Çelikte Sürtünme Ile Tur Mafsalları Üretmek Spot Kaynak

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.

Esnek tek yönlü kompozit laminatlar kesme prosedürleri, çekme testi ve yaşlanma

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

Determination of the Mechanical Properties of Flexible Connectors for Use in Insulated Concrete Wall Panels

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete sandwich wall panels (ICSWPs). Such a standardized test does not exist, but several iterations of this and similar tests have been performed in the literature to varying degrees of success. Further, the tests in the literature are rarely-if ever-described in detail or discussed at length with respect to the testing, data analysis, or safety procedures. A test specimen configuration is recommended herein, and variations are discussed. Important mechanical properties are identified from the load versus displacement data, and their extraction is detailed. The use of test data for design, such as for determining the stiffness of the connectors, is briefly demonstrated to show how ICSWP deflection and cracking behavior may be calculated. The strength behavior of panels may be determined using the full load versus displacement curve or only the maximum connector strength. Shortcomings and unknowns are acknowledged, and significant future work is delineated.

We propose a testing protocol that can be combined with widely available analytical methods to assess the mechanical properties of shear connectors for use in the design of insulated concrete wall panels to predict full-scale insulated panel behavior.

Yalıtımlı beton duvar panellerinde kullanılmak üzere esnek konektörlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi

This document contains recommendations for performing a non-standard, double-shear test suitable for both continuous and discrete insulated concrete ...

Mechanoluminescent Visualization of Crack Propagation for Joint Evaluation

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are demonstrated and explained. The first step involved sample preparation; an air spray was used to apply ML paint to the surface of the adhesive joint specimens. The performance of the ML sensor was described to examine the measurement conditions. The results of ML sensing during a double cantilever beam (DCB) test and a lap-shear (LS) test are demonstrated as these are the most frequently and widely used methods for evaluating adhesives. Originally, it was difficult to directly quantify the crack tip and strain/stress distribution and concentration because the crack tip was too small, and the effects of the strain could not be observed. The mechanoluminescence, crack propagation, and mechanical behavior during mechanical testing can be visualized via the ML pattern during the adhesive evaluation. This allows for the recognition of the precise position of the crack tips and other mechanical behaviors related to structural failure.

In this study, a protocol is presented that describes the use of mechanoluminescent (ML) visualization for monitoring crack propagation and mechanical behavior during adhesive joint evaluation testing.

Eklem Değerlendirmesi için Çatlak Yayılımının Mekanoluminesan Görselleştirilmesi

In this study, methods for the mechanoluminescent (ML) visualization of crack propagation and mechanical behavior to evaluate adhesive joints are ...

Elyaf Kompozit Laminatların İmalatı ve Mekanik Özellik Değerlendirmesi

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the forming pressure, the mass fraction of fiber is reduced and lots of air bubbles are trapped inside, resulting in low-quality laminates (low stiffness and strength). The wet hand lay-up/vacuum bag (WLVB) process for the fabrication of composite laminates is based on the traditional wet hand lay-up process, using a vacuum bag to remove air bubbles and provide pressure, and then carrying out the heating and curing process. 
Compared with the traditional hand lay-up process, laminates manufactured by the WLVB process show superior mechanical properties, including better strength and stiffness, higher fiber volume fraction, and lower void volume fraction, which are all benefits for composite laminates. This process is completely manual, and it is greatly influenced by the skills of the preparation personnel. Therefore, the products are prone to defects such as voids and uneven thickness, leading to unstable qualities and mechanical properties of the laminate. Hence, it is necessary to finely describe the WLVB process, finely control steps, and quantify material ratios, in order to ensure the mechanical properties of laminates. 
This paper describes the meticulous process of the WLVB process for preparing woven plain patterned glass fiber reinforcement composite laminates (GFRPs). The fiber volume content of laminates was calculated using the formula method, and the calculated results showed that the fiber volume content of WL laminates was 42.04%, while that of WLVB laminates was 57.82%, increasing by 15.78%. The mechanical properties of the laminates were characterized using tensile and impact tests. The experimental results revealed that with the WLVB process, the strength and modulus of the laminates were enhanced by 17.4% and 16.35%, respectively, and the specific absorbed energy was increased by 19.48%.

Yazar Spot Işığı: Islak El Yatırma/Vakum Torbası İşlemi ile Fiber Kompozit Laminat Kalitesinin Artırılması 

This paper describes a fabrication process for fiber-reinforced polymer matrix composite laminates obtained using the wet hand lay-up/vacuum bag method.

Farklı İmalat İşlemleri ile Elde Edilen Cam Elyaf Takviyeli Polimer Kompozit Laminatların Mekanik Özelliklerinin Ölçülmesi

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...