دراسة تجريبية لتأثير الشكل الهندسي للشق على مقاومة الصدمات لصفائح الألومنيوم/النحاس ثنائية المعدن

محتوى المقالة الرئيسي

Shadi B. Ahmed
Paiman S. Salih
Hameed D. Lafta

الملخص

تُعد مقاومة الصدمات للمواد جانبًا بالغ الأهمية في التطبيقات الهندسية، لا سيما في مجالات مثل هندسة الطيران والسيارات والهندسة الإنشائية. وكثيرًا ما نصادف أشكالًا هندسية محززة في سيناريوهات واقعية بسبب عيوب التصنيع أو سمات التصميم المتعمدة. إن التنبؤ بكيفية تأثير هذه الشقوق على مقاومة الصدمات للمواد ثنائية المعدن، مثل صفائح الألومنيوم والنحاس ثنائية المعدن، وفهمها، أمرٌ ضروري لضمان سلامة هيكل المكونات وموثوقيتها في مختلف التطبيقات. أُجري هذا العمل لدراسة تجريبية لكيفية تأثير  الشكل الهندسي الشقوق المختلفة على مقاومة الصدمات لصفائح الألومنيوم والنحاس ثنائية المعدن  (Al/Cu) . ولهذا الغرض، تم تحليل أربعة أعماق مختلفة لشقوق ذات اشكال هندسية على شكل حرف U وعلى شكل حرف V لتحديد تأثيرها على الطاقة الممتصة وسلوك الكسر والأداء الميكانيكي العام في ظل ظروف التحميل الديناميكي. أشارت النتائج التجريبية إلى أن الطاقة الممتصة تتناقص بزيادة عمق الشقوق على شكل حرف V وU، وأن الاشكال  الهندسية ذات النهايات الحادة في عينات الشقوق على شكل حرف V تؤدي إلى تركيز إجهاد عالٍ عند الحافة الحادة للشق مقارنةً بالشق على شكل حرف U  . وبناءً على ذلك، فإن الطاقة الممتصة في الشق على شكل حرف U أكبر منها في الشق على شكل حرف V عند نفس عمق الشق. وأخيرًا، أكدت صور المجهر الماسح الإلكتروني طبيعة الكسر المطيل في صفائح الألومنيوم والنحاس، حيث لوحظ أن سطح الكسر يحدث في جانب الالمنيوم من الصفائح.

##plugins.themes.bootstrap3.displayStats.downloads##

##plugins.themes.bootstrap3.displayStats.noStats##

تفاصيل المقالة

القسم

Articles

كيفية الاقتباس

"دراسة تجريبية لتأثير الشكل الهندسي للشق على مقاومة الصدمات لصفائح الألومنيوم/النحاس ثنائية المعدن" (2026) مجلة الهندسة, 32(4), ص 200–217. doi:10.31026/j.eng.2026.04.11.

المراجع

Alaie, A., Hashemi, R. and Kazemi, F., 2021. Investigation of forming limit diagram and mechanical properties of the bimetallic Al/Cu composite sheet at different temperatures fabricated by explosive welding. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 235(1–2), pp. 1–12. https://doi.org/10.1177/0954405420949227

Anderson, T.L., 2017. Fracture Mechanics: Fundamentals and Applications. 4th ed. Boca Raton: CRC Press.

ASTM E23-02a, 2002. Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials. ASTM International.

Avcı, U. and Erdoğdu, Y.E., 2021. Microstructure and mechanical properties of a semi‑centrifugal compression processed Al6013 and Cu bimetal. Materials Testing, 63(5), pp. 471–478.

Chen, C.Y., Chen, H.L. and Hwang, W.S., 2006. Influence of interfacial structure development on the fracture mechanism and bond strength of aluminium/copper bimetal plate. Materials Transactions, 47(4), pp. 1232–1239. https://doi.org/10.2320/matertrans.47.1232

Chen, J. and Cao, R., 2014. Micromechanism of cleavage fracture of metals: a comprehensive microphysical model for cleavage cracking in metals. Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100499-1.00001-7

Deng, Y., Zhang, C., Shao, J. and Li, W., 2022. Modeling the effect of temperature and notch root radius on fracture toughness. Frontiers in Materials, 9, 990314. https://doi.org/10.3389/fmats.2022.990314

El Etri, H., Korkmaz, M.E., Gupta, M.K., Gunay, M. and Xu, J., 2022. A state‑of‑the‑art review on mechanical characteristics of different fiber metal laminates for aerospace and structural applications. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 123, pp. 2965–2991. https://doi.org/10.1007/s00170-022-10277-1

Harrigan, J., McClure, P., McNulty, R., McCabe, R. and Reddy, V., 2022. Towards standardizing the preparation of test specimens made with material extrusion: review of current techniques for tensile testing. Additive Manufacturing, 58, 103050. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103050

Hertzberg, R.W., 1995. Deformation and fracture mechanics of engineering materials. 4th ed. Hoboken: John Wiley & Sons.

Hilhorst, A., Pardoen, T., and Jacques, P. J., 2022. Optimization of the essential work of fracture method for characterization of the fracture resistance of metallic sheets. Engineering Fracture Mechanics, 268, 108442. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108442

Hosseinzadeh, A., Farhangdoost, K., Maraki, M.R. and Sadidi, M., 2022. Investigation of the effect of notch tip radius and notch depth on Charpy fracture energy in 7075‑T651 aluminium alloy. International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology, 13(2), pp. 65–72. https://doi.org/10.1080/00084433.2022.2066241

ISO 148-1, 2016. Charpy impact test on metals—Determination of impact strength using U-notch and V-notch specimens. International Organization for Standardization

Jiang, S., Zhang, H., Li, X., and Wang, J., 2021. Fracture mechanics analysis of bimaterial interface cracks using the generalized finite difference method. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 113, 102942. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2021.102942

Kaya, Y., 2018. Investigation of copper–aluminium composite materials produced by explosive welding. Metals, 8(10), P. 780. https://doi.org/10.3390/met8100780

Krishnan, A., and Xu, L. R. 2013. An experimental study on the crack initiation from notches connected to interfaces of bonded bi‑materials. Engineering Fracture Mechanics, 111, pp. 65–76. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2013.08.010

Lee, J., Jo, W., Seo, J. and An, G., 2025. Effect of notch shape on the fracture toughness behavior. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, pp. 2092–6782. https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2025.100646

Lei Z., Zhang B., Liu G., Zhao T., Zhang Z., Gao H., Cai J., and Wang, K., 2023. Study on microstructure evolution and fracture behavior of Al/Al/Cu multilayer composites. Journal of Materials Research and Technology, 25, pp. 5307–5317. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.07.014

Li, X.B., Yang, Y., Xu, Y.S. and Zu, G.Y., 2018. Deformation behavior and crack propagation on interface of Al/Cu laminated composites in uniaxial tensile test. Rare Metals, 39(2), pp. 296–303. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)65069-7

Montgomery, D. C., 2019. Design and analysis of experiments.10th ed. John Wiley & Sons.

Motamedi, M.A., Torabi, A.R. and Hashemi, R., 2024. Notch strength evaluation for highly ductile Al/Cu bi-metal fabricated by the roll-bonding technique under pure mode I and pure mode II loading conditions. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 129. https://doi.org/10.1016/j.tafmec.2024.104435

Omiya, M., Arakawa, S., Yao, Z., Muramatsu, M., Nishi, S., Takada, K., Murata, M., Okato, K., Ogawa, K., Oide, K., Kobayashi, T., Han, J. and Terada, K., 2022. Influence of strength and notch shape on crack initiation and propagation behavior of advanced high strength steel sheets. Engineering Fracture Mechanics, 271, 108573. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2022.108573

Pardoen, T., Marchal, Y., and Delannay, F., 2002. Essential work of fracture compared to fracture mechanics—Towards a thickness independent plane stress toughness. Engineering Fracture Mechanics, 69(5), pp. 617–631. https://doi.org/10.1016/S0013-7944(01)00099-6

Rösler, J., Harders, H. and Bäker, M., 2007. Mechanical behaviour of engineering materials. Berlin Heidelberg: Springer.

Rahmatabadi, D., 2018. Fracture toughness investigation of Al1050/Cu/MgAZ31ZB multi‑layered composite produced by accumulative roll bonding process. Materials Science and Engineering A, 734, pp. 427–437. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.08.017

Romanowski, M., Łukianowicz, C., Sutowska, M., Zawadka, W., Pimenov, D.Y. and Nadolny, K., 2021. Assessment of the technological quality of X5CrNi18 10 steel parts after laser and abrasive water jet cutting using a synthetic index of technological quality. Materials, 14(17), P. 4801. https://doi.org/10.3390/ma14174801

Schroeder C. J., Parrington R. J., Maciejewski J. O., and Lane, J. F., 2024. Revised ASM handbook: Vol. 12: Fractography. ASM International.

Shajari, Y., Ghasemi, R., Zarei‑Hanzaki, A. and Abedi, H., 2022. Formation of intermetallic compounds in Al–Cu interface via cold roll bonding: A review. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 58(1), pp. 41–50. https://doi.org/10.3103/S1068375522010112

Torabi, A.R., Mirzavand, M., Saboori, B. and Cicero, S., 2023. Fracture behavior of AA7075–AA6061 and AA7075–Cu friction-stir welded joints containing blunt V-notches under opening-mode loading. Materials, 16. https://doi.org/10.3390/ma16030789

Trzepieciński, T., Najm, S.M., Sbayti, M., Belhadjsalah, H., Szpunar, M. and Lemu, H.G., 2021. New advances and future possibilities in forming technology of hybrid metal–polymer composites used in aerospace applications. Journal of Composites Science, 5(8), 217. https://doi.org/10.3390/jcs5080217

Wang, R., Zhao, Q. and Li, M., 2025. Interface microstructure and corrosion resistance of T2 Cu/6061 aluminum composites produced by explosion welding. Journal of Materials Research and Technology, 39, pp. 4745–4757. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.10.168

Wang, X., Li, F., Chen, S. and Cao, L., 2019. SEM analysis of microvoid coalescence and dimple morphology in ductile fracture of steels under dynamic loading. International Journal of Impact Engineering, 130, pp. 537–548. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2019.05.001.

Wong, W.J. and Walters, C.L., 2025. Damage mechanics model for correlating notch toughness in Charpy impact tests with fracture toughness in cracked static fracture tests. Engineering Fracture Mechanics, 320, 111043. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2025.111043

Xu, S., Zhang, H., Shen, W., Luo, W. and Zhang, Y., 2025. Mechanical behavior of marine aluminum alloy sheet under low-speed impact resistance. Chinese Journal of Ship Research, 20, p.148. https://doi.org/10.19693/j.issn.1673-3185.03648

Yousefi Mehr, V. and Toroghinejad, M.R., 2024. Mode I fracture analysis of aluminum-copper bimetal composite using finite element method. Heliyon, 10(4), e26329. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e26329

المؤلفات المشابهة

يمكنك أيضاً إبدأ بحثاً متقدماً عن المشابهات لهذا المؤلَّف.