Pin pull-out behaviour for hybrid metal-composite joints with integrated reinforcements

材料科学 复合材料 复合数 接头(建筑物) 断裂韧性 断裂(地质) 韧性 分层(地质) 结构工程 工程类 古生物学 俯冲 生物 构造学
作者
Alex T.T. Nguyen,Milan Brandt,S. Feih,Adrian C. Orifici
出处
期刊:Composite Structures [Elsevier BV]
卷期号:155: 160-172 被引量:28
标识
DOI:10.1016/j.compstruct.2016.07.047
摘要

Hybrid metal-composite joints that integrate pins on the metal adherend are a novel joining concept, and knowledge regarding single pin performance and correlation to multi-pin joint behaviour is critically lacking. Here, we investigate Selective Laser Melting manufactured titanium with pins adhered to carbon fibre-reinforced polymer composite. Single pin specimens under pull-out loading and Mode I crack growth specimens were investigated using experimental, finite element (FE) and analytical methods. We found the pin-composite interfacial strength was 3.5 times higher than comparable carbon fibre z-pins due to excellent adhesion characteristics of the as-manufactured pin surface. Consequently, the pins enabled a 365% increase in Mode I steady-state fracture toughness. We also determined that the enhanced bonding increased the maximum pin load and Mode I initiation fracture toughness by around 250%, with no pin-composite debonding during cure. We lastly show FE models using the pull-out response characterised in single pin tests give excellent predictions of experimental behaviour in multi-pin joints with no additional calibration. The work provides new correlation between pin behaviour in isolation and in multi-pin joints, highlights the importance of strong pin-composite adhesion for joint performance, and demonstrates an analysis methodology suitable for design of pin-reinforced composites and metal-composite hybrid joints.
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