Estudo da resistência e mecanismos de dano em juntas adesivas entre materiais compósitos com defeitos de adesão

A necessidade de utilizar métodos de ligação entre componentes de forma mais rápida, eficaz e com melhores resultados tem causado a crescente utilização das juntas adesivas, em detrimento dos métodos tradicionais de ligação. A utilização das juntas adesivas tem vindo a aumentar em diversas aplicações industriais por estas apresentarem vantagens, das quais se destacam a redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico. No entanto, uma das limitações das juntas adesivas é a dificuldade em prever a resistência da junta após fabrico e durante a sua vida útil devido à presença de defeitos no adesivo. Os defeitos são normalmente gerados pela preparação inadequada das juntas ou degradação do adesivo devido ao ambiente (por exemplo, humidade), reduzindo a qualidade da ligação e influenciando a resistência da junta. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico de juntas de sobreposição simples (JSS) com a inclusão de defeitos centrados na camada de adesivo para comprimentos de sobreposição (LO) diferentes. Os adesivos utilizados foram o Araldite® AV138, apresentado como sendo frágil, e o adesivo Sikaforce® 7752, intitulado como adesivo dúctil. A parte experimental consistiu no ensaio à tração das diferentes JSS permitindo a obtenção das curvas força-deslocamento (P-δ). A análise numérica por modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tensões de arrancamento ((σy) e as tensões de corte (τxy) na camada adesiva, para estudar a variável de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade dos MDC na previsão da resistência da junta. Constatou-se um efeito significativo dos defeitos de diferentes dimensões na resistência das juntas, que também depende do tipo de adesivo utilizado e do valor de LO. Os modelos numéricos permitiram a descrição detalhada do comportamento das juntas e previsão de resistência, embora para o adesivo dúctil a utilização de uma lei coesiva triangular tenha provocado alguma discrepância relativamente aos resultados experimentais.

The need to use joining methods between components more quickly, efficiently and with better results has caused the increased use of adhesive joints at the expense of joining traditional methods. The use of adhesive joints is increasing in various industrial applications because of their advantages such as weight reduction, reduction of stress concentrations and ease of manufacture. However, one of the limitations of adhesive joints is the difficulty in predicting the joint strength after manufacture and during their lifetime due to the presence of defects in the adhesive. Defects are typically generated by inadequate joint preparation or degradation due to the environment (e.g. humidity), reducing the joint quality and influencing joint strength. This paper presents an experimental and numerical study of single-lap joints (SLJ) with defects centered in the adhesive layer for different overlap lengths (LO). The adhesives used were the Araldite® AV138, presented as brittle, and the Sikaforce® 7752, considered as ductile. The experimental part consisted of tensile testing different SLJ allowing to obtain the load-displacement (P-δ) curves. The numerical analysis by cohesive zone models (CZM) included the analysis of the peel ((σy) and shear (τxy) stress distributions in the adhesive layer, the CZM damage variable study during the failure process and the CZM evaluation to predict the joint strength. A significant effect of defects of different sizes was found in the joints’ strength, which also depends on the type of adhesive and value of LO. The numerical models allowed the detailed description of the joints behavior and strength prediction although, for the ductile adhesive, the use of triangular cohesive laws has caused some discrepancy in relation to the experimental results.