Adhesive Joints in Composite – Metal interfaces for Formula Student composite suspension

Abstract

El trabajo tiene como objetivo analizar la unión adhesiva entre materiales compuestos y metal. En particular, se realiza el estudio y diseño de la unión adhesiva de las tubos de suspensión de un vehículo de competición, Dicha unión se realiza entre los tubos de fibra de carbono y las insertos metálicos que se sitúan en los extremos del tubo, los cuales permiten el roscado de una rotula roscada. El trabajo se divide en tres secciones. Primero se desarrolla un modelo de simulación que es validado mediante ensayos en laboratorio. Para ello, se simula el ensayo realizado y se comprueba la precisión de los resultados. A continuación, se realiza un análisis de la influencia de la variación de parámetros geométricos del adhesivo en la variación de la distribución de tensiones en el adhesivo. Los parámetros analizados son la longitud de pegado y el espesor de pegado. Para realizar dicho análisis se simula el mismo diseño de inserto metálico variando el valor de los parámetros analizados. Con los resultados de dichas simulaciones se conoce la variación de la tensión con la variación de los parámetros geométricos y se determina los valores óptimos para dichos parámetros. Posteriormente se realiza una propuesta de diseño del inserto metálico que permite que el adhesivo tenga los valores óptimos obtenidos y se simula en el modelo para comprobar que cumple las condiciones de diseño establecidas. Por último se desarrolla una guía de pegado que detalla los pasos necesarios para asegurar que se alcanzan las propiedades mecánicas óptimas del adhesivo.

The aim of this project is to analyze the adhesive bonding between composite materials and metal. Specifically, the adhesive bonding of the suspension arms of a racing car is studied and analyzed. This bonding occurs between the carbon fiber tubes and the metal end fittings joints at the ends of the tubes, which allow the threading of the rod ends. The work is divided into three sections. First, a simulation model is developed and validated through laboratory tests. In order to validate the results, the test performed is simulated and the accuracy of the results is verified. Next, the influence of the variation of geometric parameters of the adhesive on the variation of the stress distribution in the adhesive is analyzed. The parameters analyzed are the adhesive length and the adhesive thickness. To perform this analysis, the same metal insert design with different values of these parameters are simulated. With the results of these simulations, the variation of the stress with the variation of the geometric parameters is determined, and the optimal values of these parameters for this design are established. Subsequently, a design proposal for the metal insert with the optimal values obtained is made, and it is simulated in the model to verify that the design meets with the established design conditions. Finally, an adhesive bonding procedure guide is developed, detailing the necessary steps to ensure that the optimal mechanical properties of the adhesive are achieved.