Author(s): Araújo, Rui Valdemar Correia de
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/8500
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Juntas adesivas; Adesivo; Lei coesiva; Modelos de Dano Coesivo; Método de Elementos Finitos; Parâmetros coesivos; Adhesive joints; Adhesive; Cohesive Law; Cohesive Zone Models; Finite Element Method; Cohesive parameters; Construções mecânicas
As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.
Adhesive joints emerged by the need to find ways of joining components, often of dissimilar materials, through more advantageous techniques. Currently, any structure should be strong, durable and lightweight, which amplified the industrial interest and research in adhesive bonds, particularly in the improvement of strength and fracture properties of the materials. Thus, in recent years, the use of adhesive joints in industrial applications is gradually increasing, replacing some traditional joinning methods by providing advantages such as reduced stress concentration, reduced weight and easy of processing/manufacturing. In any area of industry, large-scale application of a particular bonding technique assumes that are reliable tools available for the design and prediction of failure. In this context, Cohesive Zone Models (CZM) are an important tool, although it is necessary to estimate the cohesive laws of adhesive in tension and shear to apply in the numerical models. In this thesis, the experimental work consisted of processing previously available data to obtain GIc and GIIc, and respective comparison of different reduction methods together with assessment and limitations of these. A comparison of three adhesive is performed: Araldite® AV138, Araldite® 2015 and SikaForce® 7752. This work also numerically studied the adequacy of triangular cohesive laws in predicting the behaviour of adhesive joints, particularly in the force-displacement curves (P-) of Double-Cantilever Beam tests for tensile characterization and End-Notched Flexure tests for shear characterization. The tests were numerically simulated by the software ABAQUS®, using the Finite Element Method (FEM) and a triangular CZM, in order to estimate the cohesive law of each of the adhesives. For the adhesives Araldite®AV138 and Araldite®2015, triangular tensile and shear laws predicted the adhesive behaviour with some reasonableness. To predict the SikaForce® 7752 adhesive strength, the triangular law was not suitable neither in tension or shear. It is considered that, for this adhesive, a trapezoidal law is best suited due to the ductility of the same.
