Prediction of the load-bearing capacity of an adhesive-bonded joint is of practical importance for engineers. This paper introduces interface fracture mechanics approach to predict the load-bearing capacity of composite/metal bonded joints. The adhesion strength of composite/steel bonding is evaluated in terms of the energy release rate of an interfacial crack and the fracture toughness of the interface. Virtual crack closure technique (VCCT) is used to calculate energy release rates, and bi-material end-notched flexure (ENF) specimens are devised to measure the interfacial fracture toughness. Bi-material ENF specimens gave consistent mode II fracture toughness (GIIc) values of the composite/steel interface regardless of the thickness of specimens. The critical energy release rates of double-lap joints showed a good agreement with the measured fracture toughness. Therefore, the energy -based interfacial fracture characterization can be a practical engineering tool for predicting the load-bearing capacity of bonded joints.

접착제 이용 결합 조인트의 하중지지 능력 예측 기법은 접착제를 이용한 접합 조인트 설계에 있어서 가장 중요한 기술이다. 본 연구는 계면 파괴역학을 이용하여 복합재료/금속 접착 조인트의 하중지지 능력을 예측하는 기법을 소개한다. 구체적으로 복합재료/탄소강 결합의 접착 강도를 계면 균열의 에너지 방출률과 계면 파괴인성치 개념을 사용하여 평가하는 방법을 제시 검증하였다. 계면 균열의 에너지 방출률은 유한요소해석 결과를 이용한 가상 균열 닫음 기법(VCCT)을 사용하여 계산하였으며, 계면 파괴인성치는 이종재료 ENF (end-notched flexure) 시편을 고안하여 측정하였다. 고안된 이종재료 ENF 시편을 사용하여 시편의 두께에 상관 없이 일관된 Mode II 계면 파괴인성치를 측정할 수 있음과 양면 겹치기 접합 조인트의 특성 에너지 방출률이 측정된 계면 파괴인성치와 일치함을 확인하였다. 따라서 에너지 방출률에 근거한 계면 균열 진전 기준은 접착 조인트의 하중지지 능력을 신뢰성 있게 예측하는 실제적인 설계 도구로서 활용될 수 있다.

Keywords: composite/metal bonding, Fracture mechanics, Interfacial crack

Keywords: 복합재료/금속 접착, 파괴역학, 계면 균열