Estudo experimental e numérico de juntas adesivas em T com aderentes de alumínio

Nos dias de hoje, a ligação adesiva de estruturas complexas que não poderiam ou não seriam tão fáceis de ser fabricadas numa só peça é cada vez mais usual. As juntas adesivas têm vindo a substituir muitos outros métodos de ligação, como por exemplo ligações aparafusadas, rebitas ou soldadas, devido às vantagens de facilidade na sua fabricação, resistência superior e capacidade de unir materiais diferentes. Por esta razão as juntas adesivas têm vindo a ser aplicadas cada vez mais em várias industrias como aeroespacial, aeronáutica, automóvel, naval e calçado. O tipo de adesivo a usar em determinada aplicação é principalmente escolhido consoante as suas características mecânicas e o tipo de resposta pretendida às solicitações impostas. Como exemplo de adesivo resistente e frágil existe o Araldite® AV138. Por outro lado, o adesivo Araldite® 2015 é menos resistente, mas apresenta maior ductilidade e flexibilidade. Além dos adesivos Araldite® comerciais, existem adesivos de poliuretano que combinam características de elevada resistência com características de grande ductilidade e flexibilidade, como por exemplo o Sikaforce® 7752. Esta dissertação tem como objetivo estudar experimentalmente e numericamente, através de modelos de dano coesivo (MDC), o comportamento de diferentes configurações de junta em T quando sujeitas a solicitações de arrancamento. Consideram-se os adesivos anteriormente mencionados para testar as juntas sob diferentes tipos de adesivos. A junta em T é constituída por 2 aderentes em L de alumínio e um aderente base também em alumínio, unidos por uma camada de adesivo. Experimentalmente é feito um estudo da resistência da junta com a variação da espessura dos aderentes em L (tP2). Com a análise numérica são estudadas as distribuições de tensões, evolução do dano, modos de rotura e resistência. Além disso, realizou-se um estudo numérico da existência ou não de adesivo de preenchimento na zona da curvatura dos aderentes em L nas tensões e na resistência da junta. Mostrouse que a variação da geometria nos aderentes em L, a presença de adesivo de preenchimento e o tipo de adesivo têm uma influência direta na resistência de junta. Os ensaios experimentais validaram os resultados numéricos e permitiram concluir que os MDC são uma técnica precisa para o estudo das geometrias das juntas em T.

Nowadays, adhesive bonding of complex structures that could not or would not be so easy to be manufactured in one piece is becoming increasingly common. Adhesive joints have been replacing many other joining methods, such as bolted, welded or riveted joints due to the advantages of ease of manufacture, superior strength and ability to join different materials. For this reason, adhesive joints have been increasingly applied in various industries such as aerospace, aeronautic, automotive, marine and footwear. The type of adhesive to use in a particular application is chosen mainly according to its mechanical characteristics and type of response to the imposed loads. The adhesive Araldite® AV138 is an example of strong but brittle adhesive. On the other hand, the adhesive Araldite® 2015 is less strong, but it has higher ductility and flexibility. Beyond the commercial Araldite® adhesives, polyurethane adhesives exist that combine high strength with high ductility and flexibility, such as the adhesive Sikaforce® 7752. This thesis aims to experimentally and numerically study, by cohesive zone models (CZM), the behavior of different configurations of T joints when subjected to peel loads. The aforementioned adhesives are considered to test the joints with different adhesives. The T joint is composed by 2 L shaped aluminium adherends and a flat aluminium adherent, bonded by an adhesive layer. Experimentally, a joint strength study is performed considering different L shape adherends’ thickness (tP2). With the numerical analysis, the stress distributions, damage evolution, failure modes and strength are studied. Additionally, a purely numerical study compared the behavior of the joints with or without adhesive filling at the curvature of the L shaped adherends regarding the stress distributions and joint strength. It was shown that the geometry variation of the L parts, the presence of filler adhesive and the type of adhesive have a direct influence on the joint strength. The experimental tests validated the numerical results and showed that CZM are an accurate technique for the study of T joints.