Modelação por elementos finitos de juntas adesivas tubulares de ressalto exterior sujeitas a esforços de tração

• Autor(a) principal: Faria, André Lima
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/24085
• topic: Tubular adhesive joints; Cohesive Zone Models; Taguchi Method; Geometric changes; Market analysis; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia

As ligações adesivas estão amplamente difundidas na indústria aeroespacial, aeronáutica e automóvel. Quando comparadas com as ligações mecânicas convencionais, as ligações adesivas envolvem um menor número de componentes, reduzem o peso final da estrutura, permitem ligar materiais dissimilares, e resistem a solicitações e carregamentos exigentes com uma distribuição do estado de tensões mais uniforme comparativamente aos métodos de ligação convencionais. A afirmação industrial das juntas adesivas só tem sido possível devido ao desenvolvimento de metodologias de previsão que permitam validar a sua utilização, de modo a contornar o paradigma segundo o qual o sobredimensionamento das juntas adesivas resulta em estruturas mais pesadas e dispendiosas, devido à inexistência de modelos materiais precisos e critérios de rotura adequados. A técnica de dimensionamento mais difundida e validada designa-se por Modelos de Dano Coesivo. No que diz respeito à área de investigação das juntas adesivas tubulares obtidas por hidroformagem, e uma vez que este é um tópico emergente, existem poucos trabalhos de investigação, em comparação com as geometrias tradicionais de sobreposição. O objetivo principal do desenvolvimento numérico do trabalho consiste na análise numérica de juntas adesivas tubulares hidroformadas solicitadas a esforços de tração, considerando a variação de parâmetros materiais (tipo de adesivo e material do aderente) e geométricos. Para este efeito, é realizada uma validação dos modelos coesivos através dos resultados experimentais e numéricos recuperados de um trabalho de investigação anterior. De seguida, pretende-se avaliar numericamente a resistência mecânica dos conjuntos, a plastificação máxima dos aderentes, a ductilidade das juntas, a evolução da variável do dano para o instante da carga máxima e ainda a distribuição das tensões de corte e arrancamento. Como complemento à análise numérica realizada foi aplicado o Método de Taguchi para a definição de uma junta ótima, considerando a variação de mais do que um fator de controlo, e verificação estatística da significância de cada parâmetro na resistência e ductilidade das juntas. De seguida, foram abordadas as propostas de alterações geométricas com o objetivo de concluir, face à geometria de base, se a variação de um dos parâmetros se traduzia na melhoria das propriedades mecânicas da junta. Por fim, realizou-se uma análise de mercado que procura validar a geometria ideal, e determinar se esta é passível de ser implementada do ponto de vista económico e industrial. Para tal, foi projetado um molde que permite obter os aderentes hidroformados, seguindo-se de uma análise dos custos de maquinagem através do custo das matérias-primas, ferramentas e processos de fabrico. A validação dos modelos de dano coesivo foi realizada com sucesso. Após realizar um estudo numérico intensivo, optar pelos fatores de controlo mais significativos e analisar uma proposta de aplicação a nível industrial, determinou-se que a geometria ótima utiliza o adesivo Araldite® AV138, ângulo de filete adesivo igual a 15°, comprimento de sobreposição de 10 mm, diâmetro exterior do aderente não hidroformado de 20 mm, ângulo do ressalto exterior de 45°, e espessura dos aderentes de 2 mm. Esta configuração justifica o investimento requerido, uma vez que a proposta garante a melhoria da resistência mecânica e ductilidade em 60 e 75%, respetivamente, quando comparada com a geometria de referência.