The joining technology of the metal and engineering plastic is rising lately as the important issue in concerning with the method of reducing the weight and air pollution of the transportation structure such as automotive and vehicles. The metal/ plastic joining technology has been developed in 2 types of adhesively bonding and direct joining without adhesives. Moreover, in the direct joining method, there are 2 kinds of mechanical joining and welding. This review paper presents the present world wide status and tendency of the development of metal/plastic joining technology. This article intends to offer the materials for development and raising of the domestic metal/plastic joining technology.
Self-piercing rivet(SPR) is mechanical joining methods and which can be joining dissimilar materials. Unlike conventional riveting, SPR also needs no pre-drilled holes. During plastically deformation, SPR pierces upper sheet and joins it to under sheet. SPR has been mainly applied to the joining the automobile body and some materials, such as glass fiber reinforced polymer and aluminum alloy, which represent the sheet-formed materials for lightweight automobile. Glass fiber reinforced plastic(GFRP) has been considered as a partial application of the automobile body which is lighter than steels and stronger than aluminium alloys. It is needed SPR to join Al alloy sheets and GFRP ones. In this paper, in order to design the rivet and anvil, which are suitable for GFRP, the joinability was examined through simulations of SPR joining between GFRP and Al alloy sheets. For this study, AutoCAD was used for the modeling and the simulated using commercial FEM code DEFORM-2D. The simulated results for SPR process joining between GFRP and Al alloys were confirmed by the same conditions as experimental trials.
This paper is concerned with the influence of the plastic property of the rivet on the numerical prediction of the Self-Piercing Rivet (SPR) Joining. In order to predict the plastic property of the rivet, a ring compression specimen was directly fabricated from the rivet used for the mechanical joining of dissimilar materials, and the FE analysis together with the ring compression test was iteratively carried out by changing the plastic property of the rivet. For reliable FE analysis, a friction coefficient was estimated based on a friction calibration curve, measuring the reductions in inner diameter and height of the ring specimen after the compression test. From each simulation result, the force-displacement curves were then compared from each other so as to obtain the rivet plastic property that shows good agreement with the experimental result. The SPR joining between GA590 1.0t and Al5052 2.0t was conducted, and the numerical prediction was performed with the use of the plastic property evaluated based on the inverse analysis and the one referred from Mori et al. [11]. Comparison of the experiment and the numerical predictions in terms of the interlock and bottom thickness revealed that the reliable evaluation of the plastic property of the rivet is necessary for the trustworthy numerical prediction of the SPR joining.
Adhesive bonding and plastic welding have been widely used to join two plastic materials together. The goal of this paper is to determine a proper joining technology of a pair of flat panel (FP) photobioreactor (PBR) case. The material of the FP PBR case is polycarbonate (PC) plate. Two types of adhesion, including acryl adhesive and two-part epoxy adhesive, as well as two types of plastic welding technology, including ultrasonic welding and thermal welding, are employed for joining of PC plates. In order to influence of the adhesion and welding conditions on the joining characteristics of the PC plates in operational conditions of the FP PBR case, the morphology in the vicinity of the joined region as well as the water and pressure resistance characteristic are investigated. In addition, the variation of the bonding strength of the joined region and deformation behaviors in the vicinity of the joined region according to the adhesion and welding conditions is examined via the lap-shear test. From the results of basic experiments, proper joining technologies are chosen. Using the chosen joining technologies, the FP PBR case are fabricated to perform full-scale durability experiment. The results of the full-scale durability experiment have been shown that the chosen joining technologies can be applicable to fabricate the FP PBR case.
In this study, in order to evaluate the shape and the size of the plastic zone at the notch tip before stable crack growth, a newly developed technique for plastic strain measurement, that is, the recrystallization-etching technique was applied to observe the intense strain zone at the notch tip of weld HAZ. 1) The recrystallized specimens showed that the amount of the intense strain zone, more than 20% plastic zone, was quantitatively observed as the plane strain state during the growth of the plastic zone. 2) The behavior of plastic deformation at midsection are different for parent and weld HAZ. In addition, the micro crack initiation occurs at midsection, parent and weld HAZ when the crack opening displacement(COD) value is .delta.$_{t}$=0.4mm. 3) The plastic zone for parent proceeds in the forward direction at notch tip and for weld HAZ in the right and left direction at the notch tip. 4) The relation between plastic strain energy(Wp) and COD(.delta.$_{t}$) depended on yield stress, gradient and plastic strain size.ize.
Friction welding of titanium and aluminium is numerically modeled by the axisymmetric thermal elastic-plastic analysis. In titanium/aluminium friction welding, heat transfers into the titanium substrate to a distance of z=10(mm) on the side of the bondline and into the whole region of the aluminium substrate having the large thermal conductivity. Adjacent to the bondline, $^{\sigma}r\;and\;^{\sigma\theta}$ are tensile in the substrate whose thermal shrinkage is large, and are compressive in the substrate whose thermal shrinkage is small. $\sigma_z$ along the radial direction is large tensile at the periphery of the component. Plastic strain occurs only close to the bondline in the aluminium substrate. In the components of plastic strain, $\varepsilon^p_r\;and\;\varepsilon^p_{\theta}$ have positive values and $\varepsilon^p_r$ has large negative value. However, $\varepsilon^p_r$ is produced not because of the severity of the mechanical restraint condition, but on purpose to satisfy the condition of the volume constant. A plastic work is proposed as a measure to evaluate the mechanical severity. The plastic work is larger in the aluminium substrate than that in the titanium substrate. The mechanical condition is severer in the aluminium substrate.
The Friction Stir Welding (FSW) is a new joining method that was developed at The Welding Institute (TWI) in England in 1991. It applied heating by the rotational friction and material plastic flow. It was developed as a new joining method to solve the problems of epochally in the welding of Al alloys. In the study, 6000series of Alloy composed of Al-Mg-Si, one of the Al alloys that are utilized for shipbuilding and construction, is selected as a specimen and the numerical is executed against the welded zone of FSW. The material used in this study had the unique properties of strength and anti-corrosion, but since the welded joint of this material is easily softened by the welding heat, FSW is executed and the numerical analysis is carried out around the joint. To examine the mechanical behaviors and properties, F.E.M analysis is executed and the developed thermal-elastic-plastic finite analysis are used.
In order to classify the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the multi-spot welded joints, this study has tried to carry out three-dimensional thermal elasto-plastic analysis on them. However, because the shape of multi-spot welded joints is not taxi-symmetric, unlike the cafe of single-spot welded joint, the solution domain for simulation should be three dimension. Therefore, in this paper, firstly, the three-dimensional thermal elasto-plastic program is developed by an iso-parametric finite element method. Secondly, from the results analyzed by developed program, this has clarified mechanical characteristics and their production mechanism on single and multi-spot waled joints. Moreover, it has been intended to make clear effects of pitch length on welding residual stresses, plastic strain of multi-spot welded joints.
The plastic zone formed around a notch tip is important in analyzing the fracture toughness of structures and particularly weld cracks existed in the weld HAZ (heat affected zone) which produces local plastic deformation at the crack tip. Therefore, in order to analyze the fracture toughness in weld HAZ, it is necessary to investigate the new fracture toughness parameter $K_{c}$$^{*}$ and critical plastic strain energy $W_{p}$$^{c}$ according to the shape and size of the plastic zone. 1) If the temperature corresponding to $K_{c}$$^{*}$=130kg-m $m^{-3}$ 2/ is determined, transition temperature $T_{tr}$ the magnitude of plastic zone size, and heat input change depending on the fracture toughness. The blunted amounts of the parent and weld HAZ show mild linear variation until .delta.=0.4mm and then increase very steeply there after. 2) The relation between the plastic strain energy( $W^{p}$ ) and transition temperature( $T_{*}$tr) in parent metal is more sensitive than that of weld HAZ. However, the plastic strain energy depends on the transition temperature, and thus the yield stress, .sigma.$_{ys}$ becomes an important parameter for plastic strain energy. 3) The critical plastic strain energy( $W_{p}$$^{c}$ ) absorbed by the plastic zone at the notch tip indicated in case of parent metal: 60J/mm, in case of heat input(20KJ/cm): 75J/mm, in case of heat input(30KJ/cm); 50J/mmJ/mm.
Welding is one of the most important and popular joining techniques employed in structures. In spite of, weld designs depend on the rules and regulations. Moreover, the study to optimize a shape of welding joint not may be sufficient and systematic on the theoretical and experimental sides. Therefore, in this study, a computer program based on thermal elasto plastic theory is developed for optimizing(minimizing) shape of weld joints. By the results, study is made on the characteristics of the distributions of welding residual stresses and plastic strains, and their production mechanisms. Also, Various kinds of tests are carried out to find out mechanical characteristics due to shape of weld joints. As a result of this optimization(minimization) of weld joints, the productivity and the reliability will be improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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