Aplicação de métodos numéricos avançados para a previsão de resistência de ligações adesivas

Com a necessidade de encontrar uma forma de ligar componentes de forma mais vantajosa, surgiram as ligações adesivas. Nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens tais como, redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. O seu estudo permite prever a sua resistência e durabilidade. Este trabalho refere-se ao estudo de juntas de sobreposição simples (JSS), nas quais são aplicados os adesivos comerciais que variam desde frágeis e rígidos, como o caso do Araldite® AV138, até adesivos mais dúcteis, como o Araldite® 2015 e o Sikaforce® 7888. Estes são aplicados em substratos de alumínio (AL6082-T651) em juntas com diferentes geometrias e diferentes comprimentos de sobreposição (L), sendo sujeitos a esforços de tracção. Foi feita uma análise dos valores experimentais fornecidos e uma posterior comparação destes com diferentes métodos numéricos baseados em Elementos Finitos (EF). A comparação foi feita por uma análise de Modelos de Dano Coesivo (MDC) e segundo os critérios baseados em tensões e deformações do Método de Elementos Finitos Extendido (MEFE). A utilização destes métodos numéricos capazes de simular o comportamento das juntas poderá levar a uma poupança de recursos e de tempo. A análise por MDC revelou que este método é bastante preciso, excepto para os adesivos que sejam bastante dúcteis. A aplicação de uma outra lei coesiva pode solucionar esse problema. Por sua vez a análise por MEFE demonstrou que esta técnica não é particularmente adequada para o crescimento de dano em modo misto e, comparativamente com o MDC, a sua precisão é bastante inferior.

With the need to find a way to join components more advantageously, adhesive bonds emerged. In recent years, the use of adhesive joints in industrial applications has been increasing, replacing traditional joining methods, since they provide advantages such as reduction of stress concentrations, reduced weight and ease of processing/manufacturing. Their study allows predicting their strength and durability. This work deals with the study of single lap joints (SLJ), in which commercial adhesives are considered, ranging from brittle and strong, as the case of Araldite® AV138, to ductile, as the Araldite® 2015 and Sikaforce® 7888. These are applied to aluminum substrates (AL6082-T651) in joints with different geometries and different overlap lengths (L), being subject to a tensile loading. An analysis to the experimental values was carried out and a subsequent comparison of these with different numerical methods based on finite element (FE). The comparison was made by analysis of Cohesive Zone Models (CZM) and according to stresses and strain criteria by the eXtended Finite Element Method (XFEM). The use of numerical methods to simulate the behavior of the joints can lead to savings of time and resources. The CZM with a triangular damage law revealed that this method is very accurate, except for adhesives that are quite ductile. The application of another cohesive law can solve this problem. On the other hand, the XFEM analysis demonstrated that this technique is not very suitable for damage growth under mixed mode and, compared with the CZM, its accuracy is much lower.