Adhesive thickness effects of a ductile adhesive by optical measurement techniques

Adhesive bonding is an excellent alternative to traditional joining techniques such as welding, mechanical fastening or riveting. However, there are many factors that have to be accounted for during joint design to accurately predict the joint strength. One of these is the adhesive layer thickness (tA). Most of the results are for epoxy structural adhesives, tailored to perform best with small values of tA, and these show that the lap joint strength decreases with increase of tA (the optimum joint strength is usually obtained with tA values between 0.1 and 0.2 mm). Recently, polyurethane adhesives were made available in the market, designed to perform with larger tA values, and whose fracture behaviour is still not studied. In this work, the effect of tA on the tensile fracture toughness (View the MathML source) of a bonded joint is studied, considering a novel high strength and ductile polyurethane adhesive for the automotive industry. This work consists on the fracture characterization of the bond by a conventional and the J-integral techniques, which accurately account for root rotation effects. An optical measurement method is used for the evaluation of crack tip opening (δn) and adherends rotation at the crack tip (θo) during the test, supported by a Matlab® sub-routine for the automated extraction of these parameters. As output of this work, fracture data is provided in traction for the selected adhesive, enabling the subsequent strength prediction of bonded joints.

Tensile fracture characterization of adhesive joints by standard and optical techniques

The use of adhesive joints has increased in recent decades due to its competitive features compared with traditional methods. This work aims to estimate the tensile critical strain energy release rate (GIC) of adhesive joints by the Double-Cantilever Beam (DCB) test. The J-integral is used since it enables obtaining the tensile Cohesive Zone Model (CZM) law. An optical measuring method was developed for assessing the crack tip opening (δn) and adherends rotation (θo). The proposed CZM laws were best approximated by a triangular shape for the brittle adhesive and a trapezoidal shape for the two ductile adhesives.

Cohesive law estimation of adhesive joints in mode II condition

The adhesive bonding technique enables both weight and complexity reduction in structures that require some joining technique to be used on account of fabrication/component shape issues. Because of this, adhesive bonding is also one of the main repair methods for metal and composite structures by the strap and scarf configurations. The availability of strength prediction techniques for adhesive joints is essential for their generalized application and it can rely on different approaches, such as mechanics of materials, conventional fracture mechanics or damage mechanics. These two last techniques depend on the measurement of the fracture toughness (GC) of materials. Within the framework of damage mechanics, a valid option is the use of Cohesive Zone Modelling (CZM) coupled with Finite Element (FE) analyses. In this work, CZM laws for adhesive joints considering three adhesives with varying ductility were estimated. The End-Notched Flexure (ENF) test geometry was selected based on overall test simplicity and results accuracy. The adhesives Araldite® AV138, Araldite® 2015 and Sikaforce® 7752 were studied between high-strength aluminium adherends. Estimation of the CZM laws was carried out by an inverse methodology based on a curve fitting procedure, which enabled a precise estimation of the adhesive joints’ behaviour. The work allowed to conclude that a unique set of shear fracture toughness (GIIC) and shear cohesive strength (ts0) exists for each specimen that accurately reproduces the adhesive layer’ behaviour. With this information, the accurate strength prediction of adhesive joints in shear is made possible by CZM.

Aplicação de um método de correlação de imagem para a determinação da tenacidade à fratura em corte de adesivos estruturais

Qualquer estrutura hoje em dia deve ser resistente, robusta e leve, o que aumentou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, nomeadamente pela melhoria das propriedades de resistência e fratura dos materiais. Com esta técnica de união, o projeto de estruturas pode ser orientado para estruturas mais leves, não só em relação à economia direta de peso relativamente às juntas aparafusas ou soldadas, mas também por causa da flexibilidade para ligar materiais diferentes. 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, Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta essencial, embora seja necessário estimar as leis MDC do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Este trabalho avalia o valor da tenacidade ao corte (GIIC) de juntas coladas para três adesivos com ductilidade distinta. O trabalho experimental consiste na caracterização à fratura ao corte da ligação adesiva por métodos convencionais e pelo Integral-J. Além disso, pelo integral-J, é possível definir a forma exata da lei coesiva. Para o integral-J, é utilizado um método de correlação de imagem digital anteriormente desenvolvido para a avaliação do deslocamento ao corte do adesivo na extremidade da fenda (δs) durante o ensaio, acoplado a uma sub-rotina em Matlab® para a extração automática de δs. É também apresentado um trabalho numérico para avaliar a adequabilidade de leis coesivas triangulares aproximadas em reproduzir as curvas força-deslocamento (P-δ) experimentais dos ensaios ENF. Também se apresenta uma análise de sensibilidade para compreender a influência dos parâmetros coesivos nas previsões numéricas. Como resultado deste trabalho, foram estimadas experimentalmente as leis coesivas de cada adesivo pelo método direto, e numericamente validadas, para posterior previsão de resistência em juntas adesivas. Em conjunto com a caraterização à tração destes adesivos, é possível a previsão da rotura em modo-misto.

Stochastic modeling of the thermal and catalytic degradation of polyethylene using simultaneous DSC/TG analysis

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica

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.

Comparação de técnicas analíticas e numéricas para previsão de resistência de juntas adesivas de sobreposição simples

As juntas adesivas têm vindo a ser usadas em diversas áreas e contam com inúmeras aplicações práticas. Devido ao fácil e rápido fabrico, as juntas de sobreposição simples (JSS) são um tipo de configuração bastante comum. O aumento da resistência, a redução de peso e a resistência à corrosão são algumas das vantagens que este tipo de junta oferece relativamente aos processos de ligação tradicionais. Contudo, a concentração de tensões nas extremidades do comprimento da ligação é uma das principais desvantagens. Existem poucas técnicas de dimensionamento precisas para a diversidade de ligações que podem ser encontradas em situações reais, o que constitui um obstáculo à utilização de juntas adesivas em aplicações estruturais. O presente trabalho visa comparar diferentes métodos analíticos e numéricos na previsão da resistência de JSS com diferentes comprimentos de sobreposição (LO). O objectivo fundamental é avaliar qual o melhor método para prever a resistência das JSS. Foram produzidas juntas adesivas entre substratos de alumínio utilizando um adesivo époxido frágil (Araldite® AV138), um adesivo epóxido moderadamente dúctil (Araldite® 2015), e um adesivo poliuretano dúctil (SikaForce® 7888). Consideraram-se diferentes métodos analíticos e dois métodos numéricos: os Modelos de Dano Coesivo (MDC) e o Método de Elementos Finitos Extendido (MEFE), permitindo a análise comparativa. O estudo possibilitou uma percepção crítica das capacidades de cada método consoante as características do adesivo utilizado. Os métodos analíticos funcionam apenas relativamente bem em condições muito específicas. A análise por MDC com lei triangular revelou ser um método bastante preciso, com excepção de adesivos que sejam bastante dúcteis. Por outro lado, a análise por MEFE demonstrou ser uma técnica pouco adequada, especialmente para o crescimento de dano em modo misto.

Comparação dos métodos ENF e 4-ENF para determinação da tenacidade ao corte de juntas adesivas

Ao longo destes últimos anos as ligações adesivas têm vindo a verificar um aumento progressivo em aplicações estruturais em detrimento das ligações mecânicas convencionais. Esta alteração de paradigma deve-se às vantagens que as juntas adesivas possuem relativamente aos outros métodos de ligação. A mecânica da fratura e os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são critérios comuns para prever a resistência em juntas adesivas e usam como parâmetros fundamentais as taxas de libertação de energia. Pelo facto do ensaio 4-Point End Notched Flexure (4-ENF), aplicado em juntas adesivas, ainda estar pouco estudado é de grande relevância um estudo acerca da sua viabilidade para a determinação da taxa crítica de libertação de energia de deformação ao corte (GIIc). Esta dissertação tem como objetivo principal efetuar uma comparação entre os métodos End- Notched Flexure (ENF) e 4-ENF na determinação de GIIc em juntas adesivas. Para tal foram utilizados 3 adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. O trabalho experimental passou pela conceção e fabrico de uma ferramenta para realização do ensaio 4-ENF, seguindo-se o fabrico e a preparação dos provetes para os ensaios. Pelo facto do ensaio 4-ENF ainda se encontrar pouco divulgado em juntas adesivas, e não se encontrar normalizado, uma parte importante do trabalho passou pela pesquisa e análise em trabalhos de investigação e artigos científicos. A análise dos resultados foi realizada por comparação direta dos valores de GIIc com os resultados obtidos no ensaio ENF, sendo realizada por série de adesivo, através da comparação das curvas P-δ e curvas-R. Como resultado verificou-se que o ensaio 4-ENF em ligações adesivas não é o mais versátil para a determinação do valor de GIIc, e que apenas um método de obtenção de GIIc é viável. Este método é baseado na medição do comprimento de fenda (a). Ficou evidenciado que o ensaio ENF, devido a ser um ensaio normalizado, por apresentar um setup mais simples e por apresentar uma maior disponibilidade de métodos para a determinação do valor de GIIc, é o mais recomendado. Conclui-se assim que o ensaio 4-ENF, embora sendo uma alternativa ao ensaio ENF, tem aplicação mais limitada.

Epidemiological and molecular characteristics of HIV-1 infection among female commercial sex workers, men who have sex with men and people living with AIDS in Paraguay

An HIV seroprevalence and molecular study was conducted among 935 subjects: 723 female commercial sex workers, 92 men who have sex with men and 120 HIV-positive volunteers. The reported injection drug use rates were 0.7% in female commercial sex workers and 3% in men who have sex with men. Sexually transmitted infections were reported in 265 (37%) of the female commercial sex workers and 38 (41%) of the men who have sex with men. A total of 20 (2.8%) female commercial sex workers and 12 (13%) men who have sex with men became HIV infected during the study period. A history of sexually transmitted infection increased the risk of subsequent HIV infection twofold (adjusted odds ratio of 2.5) among the female commercial sex workers, while cocaine use had an adjusted odds ratios of 6.61 among men who have sex with men. From 130 samples, and based on heteroduplex mobility assaying for the env gene, with sequencing of part of pol and/or full genomes, subtype B was the predominant subtype identified (66%); followed by subtype F (22%) and subtype C (4%). Recombinant CRF12-BF strains were identified in 6% and CRF17_BF was identified in 2%.

Hepatitis C virus and human T-lymphotropic virus coinfection: epidemiological, clinical, laboratory and histopathological features

Twenty-four hepatitis C virus patients coinfected with human T-lymphotropic virus type 1 were compared with six coinfected with HTLV-2 and 55 with HCV alone, regarding clinical, epidemiological, laboratory and histopathological data. Fischer's discriminant analysis was applied to define functions capable of differentiating between the study groups (HCV, HCV/HTLV-1 and HCV/HTLV-2). The discriminant accuracy was evaluated by cross-validation. Alcohol consumption, use of intravenous drugs or inhaled cocaine and sexual partnership with intravenous drug users were more frequent in the HCV/HTLV-2 group, whereas patients in the HCV group more often reported abdominal pain or a sexual partner with hepatitis. Coinfected patients presented higher platelet counts, but aminotransferase and gamma-glutamyl transpeptidase levels were higher among HCV-infected subjects. No significant difference between the groups was seen regarding liver histopathological findings. Through discriminant analysis, classification functions were defined, including sex, age group, intravenous drug use and sexual partner with hepatitis. Cross-validation revealed high discriminant accuracy for the HCV group.

Novo sistema de armaduras de punçoamento

Esta dissertação apresenta os resultados de um conjunto de ensaios sobre lajes fungiformes, armadas com um novo sistema de armaduras de punçoamento. Adicionalmente, também foram testadas lajes fungiformes com um novo sistema de armaduras horizontais. O sistema de armaduras de punçoamento consiste em estribos de ramos verticais produzidos a partir de malhas de varões eletrossoldados, ancorados na armadura longitudinal superior por um varão transversal eletrossoldado. As vantagens deste sistema são a simplicidade, a rapidez de instalação e o baixo custo. O sistema de armaduras horizontais é formado por um conjunto de malhas de varões eletrossoldados sobrepostas em camadas. Foram ensaiadas cinco lajes quadradas, com dimensões em planta de 1650 x 1650 mm e 150 mm de espessura. Os resultados experimentais mostraram que a capacidade resistente das lajes armadas com armaduras específicas pode aumentar até 72%, quando comparadas com lajes sem armaduras de punçoamento. Quanto à capacidade de rotação da laje, o aumento foi ainda mais significativo. A capacidade de deformação da laje com maior quantidade de armaduras de punçoamento aumentou três vezes, quando comparada com a laje de referência. No respeitante às armaduras horizontais, os resultados obtidos demonstram que este sistema pode contribuir para o aumento da capacidade resistente pós-colapso da laje. Os resultados experimentais foram comparados com as estimativas segundo algumas normas de dimensionamento atuais e a Critical Shear Crack Theory. Em lajes com grande quantidade de armaduras de punçoamento o EC2 pode sobrestimar a resistência ao punçoamento quando a rotura ocorre por esmagamento do betão junto do pilar, ou quando a rotura ocorre pelo exterior da zona com armaduras de punçoamento. Os resultados mostraram que o MC2010 subestima significativamente a resistência ao punçoamento com rotura no interior da zona com armaduras de punçoamento.

The influence of fibre orientation on the post-cracking tensile behaviour of steel fibre reinforced self-compacting concrete

Adding fibres to concrete provides several advantages, especially in terms of controlling the crack opening width and propagation after the cracking onset. However, distribution and orientation of the fibres toward the active crack plane are significantly important in order to maximize its benefits. Therefore, in this study, the effect of the fibre distribution and orientation on the post-cracking tensile behaviour of the steel fibre reinforced self-compacting concrete (SFRSCC) specimens is investigated. For this purpose, several cores were extracted from distinct locations of a panel and were subjected to indirect (splitting) and direct tensile tests. The local stress-crack opening relationship (σ-w) was obtained by modelling the splitting tensile test under the finite element framework and by performing an Inverse Analysis (IA) procedure. Afterwards the σ-w law obtained from IA is then compared with the one ascertained directly from the uniaxial tensile tests. Finally, the fibre distribution/orientation parameters were determined adopting an image analysis technique.

Numerical simulation of galvanized rebars pullout

The usage of rebars in construction is the most common method for reinforcing plain concrete and thus bridging the tensile stresses along the concrete crack surfaces. Usually design codes for modelling the bond behaviour of rebars and concrete suggest a local bond stress – slip relationship that comprises distinct reinforcement mechanisms, such as adhesion, friction and mechanical anchorage. In this work, numerical simulations of pullout tests were performed using the finite element method framework. The interaction between rebar and concrete was modelled using cohesive elements. Distinct local bond laws were used and compared with ones proposed by the Model Code 2010. Finally an attempt was made to model the geometry of the rebar ribs in conjunction with a material damaged plasticity model for concrete.

A FEM-based model to study the behaviour of corroded RC beams shear repaired by NSM CFRP rods technique

This paper presents the main features of finite element FE numerical model developed using the computer code FEMIX to predict the near-surface mounted NSM carbon-fiber-reinforced polymer CFRP rods shear repair contribution to corroded reinforced concrete RC beams. In the RC beams shear repaired with NSM technique, the Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) rods are placed inside pre-cut grooves onto the concrete cover of the RC beam’s lateral faces and are bonded to the concrete with high epoxy adhesive. Experimental and 3D numerical modelling results are presented in this paper in terms of load-deflection curves, and failure modes for 4 short corroded beams: two corroded beams (A1CL3-B and A1CL3-SB) and two control beams (A1T-B and A1T-SB), the beams noted with B were let repaired in bending only with NSM CFRP rods while the ones noted with SB were repaired in both bending and shear with NSM technique. The corrosion of the tensile steel bars and its effect on the shear capacity of the RC beams was discussed. Results showed that the FE model was able to capture the main aspects of the experimental load-deflection curves of the RC beams, moreover it has presented the experimental failure modes and FE numerical modelling crack patterns and both gave similar results for non-shear repaired beams which failed in diagonal tension mode of failure and for shear-repaired beams which failed due to large flexural crack at the middle of the beams along with the concrete crushing, three dimensional crack patterns were produced for shear-repaired beams in order to investigate the splitting cracks occurred at the middle of the beams and near the support.

Modelo para calcular a contribuição da fibra na resistência à punção de lajes em concreto reforçado com fibra de aço

Neste artigo, formulações analíticas são desenvolvidas para calcular a resistência à punção de lajes lisas de concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) e que também são reforçadas à flexão por barras de aço (reforço convencional). A partir de análises estatísticas sobre um banco de dados que reúne resultados experimentais de caracterização do comportamento pós-fissuração do CRFA, equações são estabelecidas para avaliar parâmetros da resistência residual à tração na flexão (fRi) a partir de informações fundamentais que caracterizam a fibra de aço. O parâmetro de resistência fRi, proposto pelo ModelCode10 foi usado para definir a lei tensão-abertura da fissura (σ-w) que simula o mecanismo de reforço da fibra em um material cimentício. A segunda parte do artigo descreve uma formulação analítica baseada nos conceitos propostos por Muttoni e Ruiz, onde a lei σ-w é convenientemente integrada para simular a contribuição da fibra de aço na resistência à punção de lajes em CRFA. A partir de um banco de dados, composto de 154 ensaios de punção, o bom desempenho da proposta apresentada é demonstrado. O desempenho do modelo também é evidenciado comparando-se os seus resultados a outros modelos.