Estudo da resistência de juntas adesivas em L entre alumínio e material compósito

As ligações adesivas são frequentemente utilizadas na fabricação de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça, a fim de proporcionar uma união estrutural que, teoricamente, deve ser pelo menos tão resistente como o material de base. As juntas adesivas têm vindo a substituir métodos como a soldadura, e ligações parafusadas e rebitadas, devido à facilidade de fabricação, menor custo, facilidade em unir materiais diferentes, melhor resistência, entre outras características. Os materiais compósitos reforçados com fibra de carbono são amplamente utilizados em muitas indústrias, tais como de construção de barcos, automóvel e aeronáutica, sendo usados em estruturas que requerem elevada resistência e rigidez específicas, o que reduz o peso dos componentes, mantendo a resistência e rigidez necessárias para suportar as diversas cargas aplicadas. Embora estes métodos de fabricação reduzam ao máximo as ligações através de técnicas de fabrico avançadas, estas ainda são necessárias devido ao tamanho dos componentes, limitações de projecto tecnológicas e logísticas. Em muitas estruturas, a combinação de compósitos com metais tais como alumínio ou titânio traz vantagens de projecto. Este trabalho tem como objectivo estudar, experimentalmente e por modelos de dano coesivo (MDC), juntas adesivas em L entre componentes de alumínio e compósito de carbono epóxido quando solicitados a forças de arrancamento, considerando diferentes configurações de junta e adesivos de ductilidade distinta. Os parâmetros geométricos abordados são a espessura do aderente de alumínio (tP2) e comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica permitiu o estudo da distribuição das tensões, evolução do dano, resistência e modos de rotura. Os testes experimentais validam os resultados numéricos e fornecem mecanismos de projecto para juntas em L. Foi mostrado que a geometria do aderente em L (alumínio) e o tipo de adesivo têm uma influência directa na resistência de junta.

Adhesive bonding is frequently used to manufacture complex-shaped structures that couldn´t or wouldn´t be so easy to fabricate in a single component, to provide a structural bond that, theoretically, should be as resistant as the base material. Adhesive joints are gradually replacing traditional bonding methods such as welding and bolted or riveted joints, due to their easier manufacturing, lower cost, possibility to bond different materials, better strength, among other advantages. Fibre-reinforced composite materials are extensively used in many industries, such as boat building, automotive and aeronautic, being used in structures that require high specific strength and stiffness, which reduces the weight of components while maintaining the necessary strength and stiffness to withstand the applied loads. Although the manufacturing methods reduce to the maximum the connections through advanced manufacturing techniques, these are still necessary due to component size and design, technological and logistical limitations. In many structures, the combination of composites with metals such as aluminium or titanium brings design benefits. This work aims to study, by experimentation and cohesive zone modelling (CZM), single-L adhesive joints between aluminium components and carbon-epoxy composites under a peel loading, considering different joint configurations and adhesives of distinct ductility. The addressed geometric parameters are the L-part thickness (tP2) and overlap length (LO). The numerical analysis enabled the study of stress distributions, damage variable evolution, strength and failure modes. The experimental tests validated the numerical results and provided design guidelines for single-L joints. It was shown that the L-part geometry and adhesive type highly influence the joints strength.