Influence of the adhesive thickness on a debonding - An asymptotic model

International audienceThe role of the adhesive thickness in the failure of bonded joints is a controversial issue. On the one hand, analytical and numerical models show that the bonding strength is improved as the adhesive thickness increases, on the other hand experimental observations lead to the opposite conclusion. Taking advantage of the thinness of the adhesive layer when compared to the overall dimensions of the structure, a matched asymptotic expansions procedure allows modeling the initiation of a debonding in a single or double lap joint assembly. If there is a perfect adhesion between the joint and the substrates, the conclusion is identical to the first mentioned. In case of an imperfect bonding, i.e. if there is a micro-crack close to the end of the bonding zone, the trend is reversed and the conclusion meets the experimental observations. Special cases of thick and thin interfaces are highlighted as well as the sensitivity to flaw size

Proposition d'un modèle de zone cohésive adapté à l'étude des joints collés

L'objectif général de cette étude consiste à développer des modélisations aptes à décrire l'amorçage d'un décollement d’un joint de colle. L’étude des méthodes développées dans la littérature montre que les modèles de zone cohésive (MZC) sont les plus aptes à remplir l'objectif annoncé. Aussi, un MZC adapté aux joints collés comprenant a minima (i) un critère en contrainte, (ii) un critère en énergie et (iii) les effets de l'épaisseur d'une colle est proposé. Afin de comprendre l'influence de l'épaisseur de colle sur la force d'amorçage tout en s’affranchissant des difficultés de convergence des MZC, une étude par critères couplés (basés comme les MZC sur une approche en contrainte et en énergie) a été adaptée pour l'étude d'un joint de colle. Il est ainsi démontré analytiquement que l'influence de l'épaisseur de colle sur la force d'amorçage dépend fortement bien évidemment de la présence de singularité mais également de la présence de défaut au niveau du coin de la zone collée. Afin d'intégrer la prise en compte de ce type d’effet bénéfique ou néfaste de l’épaisseur du joint collé au sein d’un MZC, une étude faisant variée la raideur interfaciale (considérée dans une première analyse inversement proportionnelle à l'épaisseur du joint) a été menée et démontre l’influence de ce paramètre sur la force d'amorçage. De plus les simulations d’un essai d’amorçage en faisant varier la forme de la loi du MZC, à propriétés interfaciales identiques, tendent à montrer une influence du comportement de l’interface sur la tenue du joint collé. Afin de valider le modèle proposé, une comparaison avec des essais d’amorçage mettant à profit les effets de bords a été réalisée afin de déterminer les avantages et les limites de ce modèle

Strength prediction of bonded assemblies using a coupled criterion under elastic assumptions: effect of material and geometrical parameters

International audienceThe prediction of the failure load of bonded joints is a major issue in order to increase the confidence in the design of such assemblies. The aim of this paper is to present a method to predict the strength of adhesive joints. The failure could be initiated if two criteria are fulfilled: (i) an energy criterion and (ii) a stress criterion. The computation of these two criteria is based on elastic calculations using a 2D finite element modelling and could thus be used in an industrial design office. The effects of different parameters are studied: material parameters (elastic properties of the adhesive, strength and toughness of the adhesive) and geometrical parameters (thickness of the adhesive, presence of a fillet, overlap length). Predictions are in good agreement with experimental results evidenced in literature