Analysis and Design of Composite Structures an der TU München

Karteikarten und Zusammenfassungen für Analysis and Design of Composite Structures im Entwicklung und Konstruktion Studiengang an der TU München in Augsburg

CitySTADT: Augsburg

CountryLAND: Deutschland

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5.2 Name dis/-advantages of LEFM

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5.2 Why is LEFM used?

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Why is FEM good/bad for using it in the analysis of bonded joints? (2 +, 2 -)

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5.2 Name 3 critiques on Volkersen

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5.2 Name the 5 assumptions of Volkersen 

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5.2 Name 3 analytical and 3 numerical approaches of the analysis ob bonded joints

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5.2 Difference between cohesion and adhesion

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5.1 Which factors have to be taking into account for choosing the joint type

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5.1 The typical joining methods include

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Why are the stress concentration methods not used in production?

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What are the assumptions for the stress concentration factor on Lekhnitskii? 4

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5.2 5 rules for a well designed bond

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Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Name dis/-advantages of LEFM

+ Derivation of critical energy release rate Gc is test based

– data only true ofor very defined config (adhesive highly depends on thickness and environment)

– not suitable for ductile materials

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Why is LEFM used?

Linear elastic fracture mechanics

-> capable of dealing with singularities (problem for FEM with overlaps etc)

Analysis and Design of Composite Structures

Why is FEM good/bad for using it in the analysis of bonded joints? (2 +, 2 -)

+ „straight forward“

+ Identical to SoM without massive simplification of geometry and linear material behavior

– limited to cohesion (No adhesion failure)

– Material data acqusition is an issue

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Name 3 critiques on Volkersen

1. peel loads are neglected (though adhesive joints are prone to fail unter peel) see Goland&Reissner

2. Load eccentricity is not accounted for (though any single lap join will geometrically induce eccentricity and as a result bending moments and peel stress) see Goland&Reissner

3. Linear elastic adhesive behavior (though most structural adhesive show highly non.linear behavior) see Hart&Smith

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Name the 5 assumptions of Volkersen 

1. Linear-elastic material behavior: no plastic deformations; stresses and strains are linked via Hooke´s law:
𝜎 = 𝐸 ∗ 𝜀; 𝜏 = 𝐺 ∗ tan 𝛾 ~ 𝐺 ∗ 𝛾
2. Adherend and adhesive thickness is constant
3. Only shear stresses within the adhesive. All other stress components are neglected (especially peel stresses)
4. Only normal stresses in l-direction within the adherends, especially no deflection (bending moments due to eccentric load path)
5. Ideal adhesion:
No adhesive failure
No gaps
Compatibility of displacements of the adhesive and the adherends

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Name 3 analytical and 3 numerical approaches of the analysis ob bonded joints

analytical: SoM/Continuum mechanics (Strength of materials), LEFM (linear elastic Fracture mechanics), Damage modeling/ mechanics

numerical: FEM, FDM, BEM (Boundra Element Method)

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 Difference between cohesion and adhesion

cohesion = „internal strength“/ characteristic of adhesive itself

adhesion = „ability to stick to a substrate“/ characteristic of adhesive, the adherend and the surface condition

Analysis and Design of Composite Structures

5.1 Which factors have to be taking into account for choosing the joint type

strcture (material thickness, load type, dissimilar material)

design(weight. disassembly)

manufacureing (assembly time, cost, surface prep)

Analysis and Design of Composite Structures

5.1 The typical joining methods include

– Mechanically fastened joints (bolts, rivets and other)
– Substance-to-substance bonds (adhesive bonding (most common, standard for joining thermoset FRPs), welding (limited to thermoplastic)
– Hybrid jointsl ike „chicken fasteners“

Analysis and Design of Composite Structures

Why are the stress concentration methods not used in production?

– based on laminate level -> semi-empirical using an analytical model that requires material props from testing notched and unnotched specimen

Analysis and Design of Composite Structures

What are the assumptions for the stress concentration factor on Lekhnitskii? 4

– thin orthotropuc plate (plane stress)

– uniaxial in plane loading in fiber direction

– infinite large plate

– linear elastic behavior

Analysis and Design of Composite Structures

5.2 5 rules for a well designed bond

1. bonded joints must be stronger than the structure

2. load in shear, minimum peel (bonding works best for thin structure)

3. provide sufficient bond area to resist creep and ensure durability

4. Use correct desig allowables from suitable test methods including temperature and humidity effects

5. careful processing of the adhesive joint – especially surface prep

Gradient

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