Otimização topológica do adesivo de juntas coladas constituídas pela sobreposição de dois aderentes utilizando o modelo de zona coesiva como critério de ruptura

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fernandes, Francisco José Soares, 1959-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/774
Resumo: Orientador: Renato Pavanello
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spelling Otimização topológica do adesivo de juntas coladas constituídas pela sobreposição de dois aderentes utilizando o modelo de zona coesiva como critério de rupturaTopological optimization of the adhesive of bonded joints formed by the superposition of two adherents using the cohesive zone model as failure criterionOtimizaçãoJuntas (Engenharia)FraturasOptimizationBonded jointsFratureOrientador: Renato PavanelloTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Esta pesquisa apresenta um estudo do comportamento estrutural da película adesiva responsável pela união de dois elementos formadores de uma junta sobreposta colada, conhecida como Single Lap Joints (SLJ). Trata-se de um tipo de união estrutural de simples execução e, portanto, de largo uso, mas que apresenta uma distribuição de esforços não uniforme ao longo de sua extensão. Este comportamento é resultado da topologia da junta, que recebe o carregamento de forma excêntrica em relação ao seu eixo longitudinal. Realizou-se simulações computacionais, utilizando-se o método dos elementos finitos, em que foram avaliadas as respostas da junta à carregamentos regulares, em várias configurações de sobreposições e para adesivos com características de comportamento dúctil e rígido. Aferiu-se a compatibilidade dos modelos gerados, em duas e três dimensões com resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura e publicações especializadas. Tais simulações foram realizadas, primeiramente, na presença de critério de ruptura, segundo um modelo de zona coesiva (CZM). Os resultados apresentaram-se em consonância com as referências utilizadas, demonstrando a eficiência das modelagens e sua aplicabilidade no desenvolvimento de pesquisas técnicas e científicas. Em uma segunda fase, implementou-se um processo de otimização topológica baseado no método Bidirectional Evolutionary Structural Optimization (BESO), na região do adesivo, que, de forma concomitante aos estudos das solicitações e critério de falha CZM, possibilitou a aferição dos efeitos no comportamento da junta SLJ em face de uma distribuição de material adesivo de acordo com critérios de otimização topológica. Os resultados da aplicação do processo de otimização no modelo estudado demonstraram uma concentração de material adesivo nas regiões das extremidades de juntas, uma distribuição de tensões mais uniforme e a possibilidade do aproveitamento do material de forma mais eficiente. A aplicação de um processo de otimização, acoplado a um modelo de falha, constitui-se em uma ferramenta de análise estrutural que viabiliza a obtenção de um comportamento capaz de oferecer melhor aproveitamento dos materiais sob múltiplos aspectos. No caso em estudo, juntas coladas, buscou-se alcançar eficiência na utilização do material adesivo no que se refere a consumo, distribuições de tensões e absorção de solicitaçõesAbstract: This research presents a study of the structural behavior of the adhesive material of a bonded joint formed by the overlap of two adherents, known as Single Lap Joints (SLJ). It is a type of structural joint that is simple to perform and, therefore, widely used. However, this type of joint presents a non-uniform distribution of efforts along its overlapping. This behavior is the result of the topology of this joint, which receives the load eccentrically in relation to its longitudinal axis. Computational simulations were carried out, using the finite element method, in which the joint responses to regular loading were evaluated. In this study, various overlap configurations and adhesives with ductile and brittle behavior properties were used. The compatibility of the generated models was verified with experimental results available in the literature. Such simulations were carried out, first, in the presence of failure criteria, according to a Cohesive Zone Model (CZM). The results were in alignment with the references used, demonstrating the efficiency of the modeling and its applicability in the development of technical and scientific research. In a second phase, a topological optimization process, Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO), was implemented, in the adhesive region, concurrently with the studies of stresses and CZM failure criteria. This procedure made it possible to measure the effects on the behavior of the SLJ joint in the face of the distribution of adhesive material according to topological optimization criteria. The results showed a concentration of adhesive material in the regions of the joint ends, more uniform stress distribution and the possibility of using the material more efficiently. In addition, this optimization method has the potential to aggregate scientific concepts and technologies in complex study conditions. The BESO optimization process is a structural analysis tool that, coupled to CZM model, makes it possible to obtain a bonded joint behavior, capable of offering better use of materials in terms of consumption, stress distributions and loading absorptionMestradoMecânica dos Sólidos e Projeto MecânicoDoutor em Engenharia Mecânica[s.n.]Pavanello, Renato, 1959-Santos, José Maria Campos dosBittencourt, Marco LúcioSantos, Hudson Chagas dosPalcar Casas, Walter de JesusUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFernandes, Francisco José Soares, 1959-20212021-09-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (236 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/774FERNANDES, Francisco José Soares. Otimização topológica do adesivo de juntas coladas constituídas pela sobreposição de dois aderentes utilizando o modelo de zona coesiva como critério de ruptura. 2021. 1 recurso online (236 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/774. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1232180Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-11-18T10:29:05Zoai::1232180Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-11-18T10:29:05Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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