Validação numérica de leis coesivas triangulares para previsão de resistência de juntas adesivas em tração e corte puros

As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares 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. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.

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.

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.

Sodium hypochlorite effects on dentin bond strength and acid-base resistant zone formation by adhesive systems

Aim: To evaluate the effects of 10% NaOCl gel application on the dentin bond strengths and morphology of resin-dentin interfaces formed by three adhesives. Methods: Two etch-and-rinse adhesives (One-Step Plus, Bisco Inc. and Clearfil Photo Bond, Kuraray Noritake Dental) and one self-etch adhesive (Clearfil SE Bond, Kuraray Noritake Dental) were applied on dentin according to the manufacturers’ instructions or after the treatment with 10% NaOCl (ED-Gel, Kuraray Noritake Dental) for 60 s. For interfacial analysis, specimens were subjected to acid-base challenge and observed by SEM to identify the formation of the acid-base resistant zone (ABRZ). For microtensile bond strength, the same groups were investigated and the restored teeth were thermocycled (5,000 cycles) or not before testing. Bond strength data were subjected to two-way ANOVA and Tukey’s test (p<0.05). Results: NaOCl application affected the bond strengths for One-Step Plus and Clearfil Photo Bond. Thermocycling reduced the bond strengths for Clearfil Photo Bond and Clearfil SE Bond when used after NaOCl application and One-Step Plus when used as recommended by manufacturer. ABRZ was observed adjacent to the hybrid layer for self-etch primer. The etch-and-rinse systems showed external lesions after acid-base challenge and no ABRZ formation when applied according to manufacturer’s instructions. Conclusions: 10% NaOCl changed the morphology of the bonding interfaces and its use with etch-&-rinse adhesives reduced the dentin bond strength. Formation of ABRZ was material-dependent and the interface morphologies were different among the tested materials.

Antimicrobial and bond strength properties of a dental adhesive containing zinc oxide nanoparticles

Aim: To assess the effect of adding zinc oxide nanoparticles to dental adhesives on their anti-microbial and bond strength properties. Methods: 45 human premolars were cut at the cement enamel junction (CEJ) and the crowns were sliced into buccal and lingual halves. The specimens were classified into three groups, etched with 37% phosphoric acid for 15 s and rinsed for 30 s. Single Bond, Single Bond+5% zinc oxide and Single Bond+10% zinc oxide were used in the first, second and third groups. A cylinder of Z250 composite was bonded and cured for 40 s. For anti-bacterial testing, 10 samples of each group were assessed by direct contact test; 10 μL of bacterial suspension was transferred into tubes containing adhesives and incubated for one hour; 300 μL of brain heart infusion (BHI) broth was added to each tube and after 12 h, 50 μL of bacteria and broth were spread on blood agar plates and incubated for 24 h. Results: The colony count decreased significantly in the second and third groups compared to the first. Conclusions: Incorporation of zinc oxide nanoparticles into dental adhesives increases their anti-microbial properties without affecting their bond strength.

Comb-like acrylic-based polymer latexes containing nano-sized crystalline or liquid crystalline domains

306 p.

Multi-objective optimization of material model parameters of an adhesive layer by using SPEA2

The usage of multi material structures in industry, especially in the automotive industry are increasing. To overcome the difficulties in joining these structures, adhesives have several benefits over traditional joining methods. Therefore, accurate simulations of the entire process of fracture including the adhesive layer is crucial. In this paper, material parameters of a previously developed meso mechanical finite element (FE) model of a thin adhesive layer are optimized using the Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA2). Objective functions are defined as the error between experimental data and simulation data. The experimental data is provided by previously performed experiments where an adhesive layer was loaded in monotonically increasing peel and shear. Two objective functions are dependent on 9 model parameters (decision variables) in total and are evaluated by running two FEsimulations, one is loading the adhesive layer in peel and the other in shear. The original study converted the two objective functions into one function that resulted in one optimal solution. In this study, however, a Pareto frontis obtained by employing the SPEA2 algorithm. Thus, more insight into the material model, objective functions, optimal solutions and decision space is acquired using the Pareto front. We compare the results and show good agreement with the experimental data.