Author(s):
Sousa, Carla Cristina Ramos Guimarães de
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/8248
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Adesivos; Juntas de sobreposição simples; Métodos analíticos; Métodos numéricos; Elementos Finitos; Modelos de Dano Coesivo; Método de Elementos Finitos Extendido; Adhesives; Single lap joint; Analytical methods; Numerical methods; Finite Elements; Cohesive Zone Models; Extended Finite Element Method; Construções Mecânicas
Description
As juntas adesivas têm vindo a ser usadas em diversas áreas e contam com inúmeras aplicações práticas. Devido ao fácil e rápido fabrico, as juntas de sobreposição simples (JSS) são um tipo de configuração bastante comum. O aumento da resistência, a redução de peso e a resistência à corrosão são algumas das vantagens que este tipo de junta oferece relativamente aos processos de ligação tradicionais. Contudo, a concentração de tensões nas extremidades do comprimento da ligação é uma das principais desvantagens. Existem poucas técnicas de dimensionamento precisas para a diversidade de ligações que podem ser encontradas em situações reais, o que constitui um obstáculo à utilização de juntas adesivas em aplicações estruturais. O presente trabalho visa comparar diferentes métodos analíticos e numéricos na previsão da resistência de JSS com diferentes comprimentos de sobreposição (LO). O objectivo fundamental é avaliar qual o melhor método para prever a resistência das JSS. Foram produzidas juntas adesivas entre substratos de alumínio utilizando um adesivo époxido frágil (Araldite® AV138), um adesivo epóxido moderadamente dúctil (Araldite® 2015), e um adesivo poliuretano dúctil (SikaForce® 7888). Consideraram-se diferentes métodos analíticos e dois métodos numéricos: os Modelos de Dano Coesivo (MDC) e o Método de Elementos Finitos Extendido (MEFE), permitindo a análise comparativa. O estudo possibilitou uma percepção crítica das capacidades de cada método consoante as características do adesivo utilizado. Os métodos analíticos funcionam apenas relativamente bem em condições muito específicas. A análise por MDC com lei triangular revelou ser um método bastante preciso, com excepção de adesivos que sejam bastante dúcteis. Por outro lado, a análise por MEFE demonstrou ser uma técnica pouco adequada, especialmente para o crescimento de dano em modo misto.
Adhesive joints have been used in several fields of engineering and their applications are vast. Due to their easy and quick fabrication process, single lap joints (SLJ) are a common configuration. The increase of strength, weight reduction and resistance to corrosion are some of the advantages of this kind of joint over traditional joining methods. However, stress concentrations at the overlap edges are one of the main disadvantages. There are very few accurate design techniques for the diversity of bonded joints that can be found in real applications, which constitutes an obstacle to the use of this bonding method in structural applications. This work aims at comparing different analytical and numerical methods in the strength prediction of SLJ with different overlap lengths (LO). The main objective is to evaluate which predictive method is the best. Adhesive joints were produced between aluminum adherends using a brittle epoxy adhesive (Araldite® AV138), a moderately ductile epoxy adhesive (Araldite® 2015) and a ductile polyurethane adhesive (SikaForce® 7888). Different analytical methods were considered, together with two numerical techniques: Cohesive Zone Model (CZM) and the Extended Finite Element Method (XFEM), allowing the comparative analysis. This study allowed a critical perception of the accuracy of each method depending on the characteristics of each adhesive. The analytical methods showed that they only give relatively accurate results in very specific conditions. The CZM analysis with the triangular law revealed to be a very accurate method, with the exception of joints with very ductile adhesives. On the other hand, the XFEM analysis was not adequate, especially for crack growth in mixed mode.
