Author(s): Moreira, Raul Domingos Ferreira
Date: 2013
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/6339
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Adesivo; Remendo embebido; Método de Elementos Finitos; Modelos de dano coesivos; Adhesive; Scarf; Finite Element Method; Cohesive zone models
As ligações adesivas têm sido utilizadas em áreas como a indústria aeroespacial, aeronáutica, de defesa, automóvel, da construção civil e das madeiras. As juntas adesivas têm vindo a substituir métodos como a soldadura, e ligações parafusadas e rebitadas, devido à facilidade de fabricação, maiores cadências de produção, menores custos, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência à fadiga, entre outras razões. Como tal, também se utilizam reparações adesivas para restituição da resistência de estruturas danificadas, cujas técnicas mais comuns são a sobreposição simples, sobreposição dupla e remendo embebido. As reparações por remendo embebido, que são as mais eficientes, consistem na realização de um furo cónico na zona danificada e colagem de um remendo com a forma complementar do furo, de tal forma que não é alterada a forma inicial do componente. Neste trabalho pretende-se estudar experimental e numericamente reparações adesivas por remendo embebido, nomeadamente o efeito da utilização de reforços exteriores (em um ou nos dois lados da estrutura), para diferentes ângulos de inclinação. Foi considerado um adesivo dúctil (Araldite® 2015) e outro frágil (Araldite® AV138), o que permitiu abranger processos de rotura bastante distintos. O estudo experimental é acompanhado por outro numérico no software ABAQUS®, usando modelos coesivos para a previsão numérica da resistência das reparações. O trabalho numérico permitiu o estudo das distribuições de tensões, o que possibilitou a análise detalhada dos resultados obtidos. Foi também realizado um estudo numérico de otimização das reparações por alteração da espessura dos reforços e utilização de chanfro nas extremidades dos mesmos. Nos resultados obtidos, constatou-se a adequabilidade do método numérico na previsão fiável da resistência, e também que a utilização dos reforços aumenta consideravelmente o rendimento das reparações (até 530 % e 340 % para os adesivos Araldite® 2015 e AV138, respetivamente), o que poderá justificar a sua utilização em aplicações industriais em que a perturbação aerodinâmica causada por esta alteração não seja relevante.
Adhesive bonding has been used in diverse industries like aerospace, aeronautic, defense, automotive, construction and wood. Adhesive joints are gradually replacing traditional bonding methods such as welding and bolted or riveted joints, due to their easier manufacturing, higher production rates, lower costs, possibility to bond different materials, better fatigue resistance, among other advantages. Therefore, adhesive bonding is also used to repair damaged structures, by restoring their full functionality, and the more common repair techniques are single strap, double strap and scarf repairs. Scarf repairs, which are the more efficient ones, consist on the execution of a conic hole in the structure to remove the damaged material, and then to bond a patch with the complementary geometry of the hole, such that the initial geometry of the structure is not altered. This work aims to study experimentally and numerically scarf repairs, especially the effect of using one or two external reinforcement plates on strength (on one or both sides of the structure, respectively), for different scarf angles. A ductile (Araldite® 2015) and a brittle adhesive (Araldite® AV138), were considered which allowed to obtain distinct rupture processes. The experimental study was followed by a numerical study of the software ABAQUS®, using cohesive models to numerically predict the strength of the repairs. The numeric work also allowed the study of the stress distributions, which enabled a thorough analysis of the obtained results. A numerical study of the repairs optimization was also performed by changing the thickness of the reinforcement plates and using chamfers on the edges of the reinforcements. From the obtained results, it was found that the numerical method is reliable for the strength prediction, and also that the use of reinforcements increases the repairs efficiency (up to 530 % and 340 % for the adhesives Araldite® 2015 and AV138, respectively), which may justify its use in industrial applications where the aerodynamic disturbance caused by this change is not relevant.
