Aplicação do método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) para a previsão da resistência de juntas adesivas de sobreposição dupla

As ligações adesivas têm sido utilizadas em diversas áreas de aplicação. A utilização das juntas adesivas em aplicações industriais tem vindo a aumentar nos últimos anos, por causa das vantagens significativas que apresentam comparativamente com os métodos tradicionais de ligação tais como soldadura, ligações aparafusadas e rebitadas. A redução de peso, redução de concentrações de tensões e facilidade de fabrico são algumas das principais vantagens das ligações adesivas. Devido à crescente utilização das ligações adesivas, torna-se necessário a existência de ferramentas que permitam prever a resistência das juntas com elevada precisão. Assim, para a análise de juntas adesivas, está a ser cada vez mais utilizado o método de Elementos Finitos. Neste âmbito o Método de Elementos Finitos eXtendido (MEFX) perfila-se como um método capaz de prever o comportamento da junta, embora este ainda não esteja convenientemente estudado no que diz respeito à aplicação a juntas adesivas. Neste trabalho é apresentado um estudo experimental e numérico pelo MEFX de juntas de sobreposição dupla, nas quais são aplicados adesivos que variam desde frágeis e rígidos, como o caso do Araldite® AV138, até adesivos mais dúcteis, como o Araldite® 2015 e o Sikaforce® 7888. Foram considerados substratos de alumínio (AW6082-T651) em juntas com diferentes comprimentos de sobreposição, sendo sujeitos a esforços de tração de forma a avaliar o seu desempenho. Na análise numérica foi realizada uma análise da distribuição de tensões na camada adesiva, a previsão da resistência das juntas pelo MEFX segundo critérios de iniciação de dano baseados em tensões e deformações, e ainda um estudo sobre o critério energético de propagação de dano. A análise por MEFX revelou que este método é bastante preciso quando usados os critérios de iniciação de dano MAXS e QUADS, e parâmetro com valor de 1 no critério energético de propagação de dano. Apesar de ser um método pouco estudado na literatura comparativamente com outros, o MEFX apresentou resultados muito satisfatórios.

Adhesive joints have been used in various application fields. The use of adhesive joints in industrial applications has been increasing in recent years because of the significant advantages offered compared to traditional joining methods such as welding, fastening and riveting. The weight reduction, reduced stress concentrations and ease of manufacture are some of the advantages of adhesive bonding. The existence of design tools is necessary to predict the strength of joints with high accuracy due to the increasing use of adhesive bonding. For the analysis of adhesively-bonded joints, the Finite Element Method is being increasingly used. In this context, the eXtended Finite Element Method (XFEM) is emerging as a method to predict the joints’ behaviour, although this has not yet been adequately studied for the application to adhesive joints. This work presents an experimental and numerical study by XFEM of double-lap joints, in which adhesives ranging from brittle and strong, as the case of the Araldite® AV138, to more ductile adhesives, as the Araldite® 2015 and the Sikaforce ® 7888, are applied. Aluminium substrates were considered (AW6082-T651) in joints with different overlap lengths, subjected to a tensile load, in order to evaluate their performance. In the numerical study, an analysis of the stress distributions in the adhesive layer, a strength prediction by XFEM considering damage initiation criteria based on stresses and strains, nd also a study on the energy criterion for damage propagation, were carried out. The XFEM analysis revealed that this method is very accurate when the MAXS and QUADS damage initiation criteria, and a parameter of 1 in the damage propagation criterion, are considered. Despite this method is not conveniently studied in the literature compared to others, it provided very satisfactory results.