Numerical assessment on a novel bio-inspired joint under complex loading.

Abstract

For å møte etterspørselen etter stadig større overflater i arkitektonisk ingeniør- og konstruksjonsindustri (AEC), er forskningsinnsatsen rettet mot utvikling av forskjellige teknologiske løsninger for installasjon av aluminiumspaneler, for eksempel undersøkelse av limfuger som innovative metoder for å koble aluminium og andre materialer for å kombinere strukturell styrke, designfleksibilitet og estetisk appell. Den mekaniske ytelsen til limfuger avhenger av ulike faktorer, inkludert limtype, fugens geometri, materialer, miljøeksponering, ekstern belastning og kjemisk binding mellom limet og underlagene, noe som også kan påvirke fugens sviktmodus. Denne studien evaluerer ytelsen til et nytt bioinspirert ledd som viser positiv innvirkning på reduksjon av maksimal forskyvning, skjærspenning og skjærtøyning og en forbedring av stivheten. En numerisk modell, basert på endelig elementmetode ved bruk av kommersiell endelig elementprogramvare Abaqus, vil bli utviklet for å simulere den nye leddoppførselen under enakset strekktest og for bedre å undersøke feilåpningsmodusene som påvirker leddavbindingen. Modelleringen vil bli validert gjennom en numerisk-analytisk sammenligning av resultatene, og gir et akseptabelt nivå av nøyaktighet for mulige prøveserier for additiv produksjon som kan være den mulige anvendelsen av denne bioinspirerte fellesmodellen.

To address the demand for increasingly larger surfaces in Architectural Engineering and Construction (AEC) industry, research efforts are targeted at the development of different technological solutions for the installation of the aluminum panels, such as the investigation of Adhesive joints as innovative methods of connecting aluminum and other materials to combine structural strength, design flexibility, and aesthetic appeal. The mechanical performance of adhesive joints depends on various factors, including the type of adhesive, geometry of the joint, materials, environmental exposure, external load and chemical bond between the adhesive and the substrates, which can also affect the failure mode of the joint. This study evaluates the performance of a novel bio-inspired joint that shows positive influence in the reduction of the maximum displacement, shear stress and shear strain and an improvement of the stiffness. A numerical model, based on finite element method using commercial finite element software Abaqus will be developed to simulate the novel joint behaviour under uniaxial tensile test and to better investigate on the failure opening modes influencing the joint debonding. The modelling will be validated through a numerical-analytical comparison of the results, providing an acceptable level of accuracy for possible Additive manufacturing specimen series that could be the possible application of this bio-inspired joint model.