Estudo numérico da adequação de diferentes tipos de leis coesivas na previsão da resistência de juntas adesivas por Modelos de Dano Coesivo

O uso de ligações adesivas aumentou significativamente nos últimos anos e é hoje em dia uma técnica de ligação dominante na indústria aeronáutica e automóvel. As ligações adesivas visam substituir os métodos tradicionais de fixação mecânicos na união de estruturas. A melhoria ao longo dos anos de vários modelos de previsão de dano, nomeadamente através do Método de Elementos Finitos (MEF), tem ajudado ao desenvolvimento desta técnica de ligação. Os Modelos de Dano coesivo (MDC), usados em conjunto com MEF, são uma ferramenta viável para a previsão de resistência de juntas adesivas. Os MDC combinam critérios da resistência dos materiais para a iniciação do dano e conceitos da mecânica da fratura para a propagação da fenda. Existem diversas formas de leis coesivas possíveis de aplicar em simulações por MDC, em função do comportamento expectável dos materiais que estão a ser simulados. Neste trabalho, estudou-se numericamente o efeito de diversas formas de leis coesivas na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Também se estudou a influência dos parâmetros coesivos à tração e corte nas curvas P- dos referidos ensaios. Para o Araldite®AV138 à tração e ao corte, a lei triangular é a que melhor prevê o comportamento do adesivo. Para a previsão da resistência de ambos os adesivos Araldite® 2015 e SikaForce® 7752, a lei trapezoidal é a que melhor se adequa, confirmando assim que esta lei é a que melhor caracteriza o comportamento de dano de adesivos tipicamente dúcteis. O estudo dos parâmetros revelou influência distinta na previsão do comportamento das juntas, embora com bastantes semelhanças entre os diferentes tipos de adesivos.

The use of adhesive bonds increased significantly in recent years and it is nowadays a dominant joining technology in the aerospace and automotive industry. Adhesive bonds are intended to replace the traditional mechanical fastening methods in structural joints. The improvement over the years of various damage prediction models, particularly by the Finite Element Method (FEM), has helped the development of this bonding technique. Cohesive zone models (CZM), used in conjunction with the FEM, is a viable tool for predicting the strength of adhesive joints. CZM combine criteria of strength of materials for damage initiation with fracture mechanics concepts for crack the propagation. There are several shapes of cohesive laws possible to apply in CZM simulations, depending on the expected behavior of the materials that are being simulated. In this work, the effect of several cohesive law shapes in predicting the behavior of adhesive joints was numerically studied, particularly in the load-displacement (P-) curves of Double- Cantilever Beam tests to characterize the traction behavior and End-Notched Flexure tests to characterize the shear behavior. The influence of the cohesive parameters in tension and shear on the P- curves of the tests was also addressed. For the Araldite® AV138 in tension and shear, the triangular law is the one that predicts the best the adhesive behavior. For predicting the strength of both adhesives Araldite® 2015 and SikaForce® 7752, the trapezoidal law is the best suited, thus confirming that this law is the one that best characterizes the damage behavior of typically ductile adhesives. The study of the cohesive parameters revealed a distinct influence in predicting the behavior of the joints, but with many similarities between the different types of adhesives.