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Análise do comportamento estrutural de ligações adesivas em aderentes impressos em 3D
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Campilho, Raul Duarte Salgueiral Gomes | |
| dc.contributor.author | Ribeiro, Tiago Filipe Rodrigues | |
| dc.date.accessioned | 2023-12-20T10:26:25Z | |
| dc.date.available | 2023-12-20T10:26:25Z | |
| dc.date.issued | 2023-10-04 | |
| dc.description.abstract | Os processos de fabrico aditivo, conhecidos como impressão 3D, estão em processo de crescimento e cada vez mais são as indústrias que procuram soluções nestes tipos de processos devido às suas vantagens em comparação com processos mais tradicionais, como maquinagem e injeção. Dessas vantagens destacam-se a redução do tempo de fabrico de uma ideia até ao seu primeiro protótipo, a sua sustentabilidade e a liberdade de geometrias a executar. Porém, as dimensões dos componentes fabricados por estes métodos ainda são bastante reduzidas. Até que este problema se resolva, é essencial arranjar soluções para os casos em que é necessário uma assemblagem e fixação dos componentes fabricados. Uma das soluções passa pelas ligações adesivas. Este tipo de ligação permite unir diferentes materiais, sem danificar os próprios componentes, permite várias configurações de união, associados a boas propriedades mecânicas e redução de peço das estruturas. A união de componentes impressos em 3D por ligações adesivas, é algo ainda em desenvolvimento, devido a estes campos estarem também em crescimento. Esta dissertação consiste no trabalho experimental e numérico de diferentes tipos de juntas adesivas com as geometrias de sobreposição simples, com degrau e em chanfro interior para diferentes comprimentos de sobreposição. Os substratos em estudo serão materiais plásticos facilmente adquiridos como o PLA, ABS e PETG fabricados pelo processo Fused Deposition Modeling (FDM). Os adesivos em estudo serão o Araldite®2015 e o Sikaforce®7752. Previamente ao trabalho experimental das juntas adesivas, realizaram-se ensaios experimentais aos materiais de aderentes de forma a se obter as suas propriedades mecânicas. As propriedades obtidas serão aplicadas no estudo numérico. O estudo experimental das juntas adesivas apresenta-se sobre a forma de curvas P-δ e resistência de juntas, rigidez e energia de rotura. A parte numérica do estudo consistiu na aplicação do Método de Elementos Finitos através dos modelos de dano coesivo com a lei triangular para a previsão do comportamento de juntas. O estudo numérico consiste na análise numérica e no modelo de dano utilizado na previsão das juntas sobre a forma dos modos de rotura, curvas P δ e resistência das juntas, rigidez e energias de rotura. Em termos de conclusão, é possível afirmar que de forma geral os modelos de dano coesivo apresentaram previsões precisas. Das diferentes condições de geometria de junta, aderentes e adesivos chegou-se à conclusão que com a geometria de chanfro permite obter melhores resultados de resistência, rigidez e energia de rotura com comprimentos de sobreposição mais elevados. Em relação aos aderentes, o PLA foi o que permitiu obter juntas adesivas com maior resistência, contudo foi o ABS que permitiu obter mais energia de rotura, na generalidade dos casos. Das condições estudadas, a geometria de chanfro com aderentes de PLA e adesivo Araldite®2015 apresentou os melhores resultados nos diferentes parâmetros analisados. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Additive manufacturing processes, also known as 3D printing, are experiencing growth and more industries are seeking solutions in these types of processes due to their advantages compared to more traditional processes such as machining and injection. These advantages include reducing the manufacturing time from an idea to its first prototype, sustainability, and the freedom to execute geometries. However, the dimensions of components manufactured by these methods are still quite small. Until this problem is solved, it’s necessary to find solutions for cases where assembly and fixation of manufactured components are necessary. One solution is adhesive bonding. This type of bonding allows for the joining of different materials and is associated with good mechanical properties and a reduction in the cost of structures. The joining of 3D-printed components by adhesive bonding is still in its early stages, due to both of these fields also being in growth. This work will analyze the current situation of these manufacturing processes, adhesive bonding and how these two fields are interconnected. This dissertation consists of experimental and numerical work on different types of adhesive joints with simple lap, single step and scarf geometries for different overlap lengths. The materials under study will be readily available plastics such as PLA, ABS and PETG manufactured using the fused deposition modeling (FDM) process. The adhesives under study will be Araldite®2015 and Sikaforce®7752. Prior to the experimental work on the adhesive joints, experimental tests were carried out on the adherend materials in order to obtain their mechanical properties. The properties obtained will be applied in the numerical study. The experimental study of the adhesive joints is presented in the form of P-δ curves and joint strength, stiffness and breaking energy. The numerical part of the study consisted of applying the Finite Element Method using cohesive damage models with the triangular law to predict joint behavior. The numerical study consists of the numerical analysis and the damage model used to predict the joints in terms of failure modes, P-δ curves and joint strength, stiffness and failure energies. In conclusion, it can be said that in general the cohesive damage models provided accurate predictions. From the different conditions of joint geometry, adherends and adhesives, it was concluded that with the chamfer geometry it is possible to obtain better results in terms of strength, stiffness and rupture energy with longer overlap lengths. As far as adherents are concerned, PLA was the one that made it possible to obtain adhesive joints with the greatest strength, but it was ABS that made it possible to obtain the highest breaking energy in most cases. Of the conditions studied, the chamfer geometry with PLA adherents and Araldite®2015 adhesive showed the best results in the different parameters analyzed. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203414624 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.22/24323 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.subject | 3D-printing | pt_PT |
| dc.subject | Fused Deposition Modeling | pt_PT |
| dc.subject | Adhesive joints | pt_PT |
| dc.subject | Analysis of adhesive joints | pt_PT |
| dc.subject | Finite element method | pt_PT |
| dc.subject | Cohesive damage model | pt_PT |
| dc.subject | Adherent plasticization | pt_PT |
| dc.title | Análise do comportamento estrutural de ligações adesivas em aderentes impressos em 3D | pt_PT |
| dc.title.alternative | Analysis of the structural behaviour of adhesive joints in 3D printed adherends | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Engenharia Mecânica | pt_PT |