Utilização do integral-J para medição da tenacidade à fratura de adesivos estruturais em modo misto
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/16332 |
Resumo: | A utilização de juntas adesivas em diversas aplicações oferece vantagens em relação aos métodos tradicionais tais como a soldadura, brasagem, ligações aparafusadas e rebitadas. De facto, as juntas adesivas apresentam uniões mais leves, melhor comportamento na presença de cargas cíclicas ou de fadiga, permitem a ligação de materiais diferentes naturezas e apresentam melhores distribuições de tensões nas zonas unidas. De forma a dimensionar corretamente ligações adesivas, é importante conseguir prever com precisão a sua resistência mecânica e respetivas propriedades de fratura (taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração, GIC, e corte, GIIC). Estas propriedades são obtidas com recurso da mecânica da fratura, através de análises energéticas. Para este efeito, distinguem-se três tipos de modelos: modelos que necessitam da medição do comprimento de fenda durante a propagação do dano, modelos que utilizam um comprimento de fenda equivalente e métodos baseados no integral J. Como geralmente as solicitações ocorrem em modo misto (tração e corte em simultâneo), é de grande importância a medição das taxas de libertação de energia relativamente a diferentes critérios ou envelopes de fratura. Este trabalho é iniciado tendo por base um estudo experimental, realizado numa dissertação anterior, e um estudo numérico, correspondente à presente dissertação, onde foram modelados provetes Single-Leg Bending (SLB) em juntas onde se aplicaram três tipos de adesivos, de forma a estudar e comparar as suas propriedades de fratura. Numericamente obtiveram-se as curvas carga aplicada vs. deslocamento (P-δ) e aplicouse o modelo do integral-J para redução da taxa de libertação de energia de deformação à tração, GI, e corte, GII. Após esta fase iniciou-se a discussão dos resultados, onde se compararam os resultados numéricos com os resultados experimentais. Os elementos utilizados para comparação foram as curvas P-δ, GI, GII, e o enquadramento de GI e GII nos envelopes de fratura de cada adesivo. Em geral, foi obtida uma concordância bastante boa nos resultados obtidos. Os ensaios numéricos permitiram retratar o comportamento verificado nos ensaios experimentais e validar os critérios de propagação através da análise dos resultados experimentais, comprovando que o integral J é um método eficaz na medição da energia de fratura. |
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Utilização do integral-J para medição da tenacidade à fratura de adesivos estruturais em modo mistoSingle-Leg BendingLigação adesivaMecânica da FraturaTenacidade à fraturaEnvelope de fraturaIntegral-JMétodo de Elementos FinitosModelos de dano coesivoAdhesive jointFracture mechanicsFracture toughnessFracture envelopeJ-integralFinite Element MethodCohesive zone modelsA utilização de juntas adesivas em diversas aplicações oferece vantagens em relação aos métodos tradicionais tais como a soldadura, brasagem, ligações aparafusadas e rebitadas. De facto, as juntas adesivas apresentam uniões mais leves, melhor comportamento na presença de cargas cíclicas ou de fadiga, permitem a ligação de materiais diferentes naturezas e apresentam melhores distribuições de tensões nas zonas unidas. De forma a dimensionar corretamente ligações adesivas, é importante conseguir prever com precisão a sua resistência mecânica e respetivas propriedades de fratura (taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração, GIC, e corte, GIIC). Estas propriedades são obtidas com recurso da mecânica da fratura, através de análises energéticas. Para este efeito, distinguem-se três tipos de modelos: modelos que necessitam da medição do comprimento de fenda durante a propagação do dano, modelos que utilizam um comprimento de fenda equivalente e métodos baseados no integral J. Como geralmente as solicitações ocorrem em modo misto (tração e corte em simultâneo), é de grande importância a medição das taxas de libertação de energia relativamente a diferentes critérios ou envelopes de fratura. Este trabalho é iniciado tendo por base um estudo experimental, realizado numa dissertação anterior, e um estudo numérico, correspondente à presente dissertação, onde foram modelados provetes Single-Leg Bending (SLB) em juntas onde se aplicaram três tipos de adesivos, de forma a estudar e comparar as suas propriedades de fratura. Numericamente obtiveram-se as curvas carga aplicada vs. deslocamento (P-δ) e aplicouse o modelo do integral-J para redução da taxa de libertação de energia de deformação à tração, GI, e corte, GII. Após esta fase iniciou-se a discussão dos resultados, onde se compararam os resultados numéricos com os resultados experimentais. Os elementos utilizados para comparação foram as curvas P-δ, GI, GII, e o enquadramento de GI e GII nos envelopes de fratura de cada adesivo. Em geral, foi obtida uma concordância bastante boa nos resultados obtidos. Os ensaios numéricos permitiram retratar o comportamento verificado nos ensaios experimentais e validar os critérios de propagação através da análise dos resultados experimentais, comprovando que o integral J é um método eficaz na medição da energia de fratura.The use of adhesive joints in several applications offers advantages over traditional methods such as welding, brazing, fastening and riveting. In fact, the adhesive joints have less weight, better behaviour in the presence of cyclic or fatigue loads, allow the connection of different materials and have better stress distributions in the bonded areas. In order to correctly design adhesive joints, it is important to be able to accurately predict their mechanical strength and respective fracture properties (critical strain energy release rate in tension, GIC, and shear, GIIC). These properties are obtained using fracture mechanics, through energy analyses. For this purpose, three types of models are distinguished: models that require the measurement of the crack length during damage propagation, models that use an equivalent crack length and methods based on the J integral. As loadings generally occur in mixed mode (simultaneous occurrence of tension and shear), it is highly important to measure the strain energy release rates in relation to different fracture criteria or envelopes. This work is initiated based on an experimental study, carried out in a previous dissertation, and a numerical study, corresponding to the present dissertation, where Single-Leg Bending (SLB) test specimens were modelled in joints where three types of adhesives were applied, in order to study and compare their fracture properties. Numerically, load vs. displacement (P-δ) curves were obtained and the J-integral model was applied to estimate the strain energy release rate in tension, GI, and shear, GII. After this phase, the discussion of the results started, where the numerical results were compared with the experimental results. The elements used for comparison were the Pδ curves, GI, GII, and the framing of GI and GII in the fracture envelopes of each adhesive. In general, a very good agreement was obtained on the results obtained. The numerical tests allowed to portray the behaviour verified in the experimental tests and to validate the propagation criteria through the analysis of the experimental results, proving that the J integral is an effective method in the measurement of fracture energy.Campilho, Raul Duarte Salgueiral GomesRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoNeves, Luís Filipe Ribeiro2020-10-20T08:48:55Z20202020-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/16332TID:202522709porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T13:03:05Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/16332Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:36:01.424406Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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