Estudo comparativo da resistência à tração de juntas adesivas de sobreposição simples e dupla

O método de união com ligações adesivas está cada vez mais a ser utilizado na conceção de estruturas mecânicas, por causa das vantagens significativas desta técnica em comparação com as ligações tradicionais. De facto, as juntas com ligação adesiva estão sob investigação intensa há bastante tempo. Entre as vantagens, destaca-se a redução de peso e possibilidade de unir diferentes materiais, incluindo compósitos, sem danificar as estruturas a ligar. Os adesivos comerciais variam desde resistentes e frágeis (por exemplo, Araldite® AV138) a menos resistentes e dúcteis (por exemplo, Araldite® 2015). Uma nova família de adesivos de poliuretano combina elevada resistência e ductilidade (por exemplo, Sikaforce® 7888). Este trabalho compara o desempenho à tração dos três adesivos supracitados, em juntas de alumínio (Al6082-T651) de sobreposição simples e dupla, com variação dos valores de comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica de modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tensões de arrancamento (oy) e as de corte (txy) na camada adesiva, para estudar a variável de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade MDC na previsão da resistência da junta. A análise da resistência e da variável de dano ajudou na compreensão das diferenças entre os adesivos no que se refere ao processo de rotura e resistência da junta. Observou-se que as juntas de sobreposição dupla apresentam uma distribuição de tensões bastante mais favorável relativamente às juntas de sobreposição simples, principalmente devido à eliminação da flexão do substrato interior. Como resultado, a resistência destas juntas foi tipicamente superior ao dobro da observada para as juntas de sobreposição simples, com exceção de algumas configurações de junta em que houve plastificação extensa ou mesmo rotura dos substratos por tração. O trabalho proposto permitiu também concluir que as previsões MDC são tipicamente precisas, e qual a família de adesivos é mais adequada para cada configuração de junta, com a clara vantagem para o Sikaforce® 7888. Como resultado deste trabalho, foram propostas diretrizes de conceção para juntas adesivas.

Joining by adhesively-bonded methods is being increasingly used in the design of mechanical structures, because of the significant benefits of this technique compared to the traditional ones. Because of this, adhesively-bonded joints are under intense investigation for a long time. Amongst the advantages are the weight reduction and possibility to bond different materials, including composites, without damaging the parent structures. Commercial adhesives range from strong and brittle (e.g., Araldite® AV138) to less strong and ductile (e.g., Araldite® 2015). A new family of polyurethane adhesives combines high strength and ductility (e.g., Sikaforce® 7888). This work compares the tensile performance of the three aforementioned adhesive systems in single and double-lap aluminium joints (Al6082-T651) with varying values of overlap length (LO). A cohesive zone modelling (CZM) numerical analysis was carried out to analyse through-thickness normal (oy) and shear (Txy) stresses in the adhesive layer, to study the CZM damage variable during the failure process and to evaluate the CZM capability in predicting the joint strength. The stress and damage variable analyses helped in understanding the differences between adhesives in which pertains to the failure process and joint strength. It was found that double-lap joints present more efficient stress distributions over single-lap joints, mainly because of eliminating the transverse flexure of the inner adherend. As a result, the strength of these joints was typically more than twice that of the single-lap joints, except for some joint configurations in which extensive plasticization or even tensile substrate failure was found. The proposed work also enabled concluding that the CZM predictions are typically accurate, and which family of adhesives is more suited for each joint configuration, with clear advantage for the Sikaforce® 7888. As a result of this work, design guidelines were proposed for adhesively-bonded joints.