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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Given the industrial demands presented nowadays, adhesive bonding is a concept that goes
towards the needs of the future. It is a process that is evolving too fast in order to keep up with it.
It is replacing other traditional methods, not only because of its improved stress distribution and
improved stiffness, but also because it can be used in high strength and lightweight structures at
lower cost and easier production, among other advantages. Adhesive joints can come in different
formats such as lap joints, butt joints or strap joints, just to name a few. The scarf adhesive joint
belongs to the butt joints type configuration and it allows smoother surfaces, and some research
has been done to this type of joint.
Most structures must endure challenging conditions and temperature can be a disruptor of
performance. Thus, this dissertation aims to study the effect of temperature in adhesive joints and
understand the material and geometric factors that can influence it. The focus will be on scarf
adhesive joints in a numerical thermo-mechanical analysis. Temperature has a significant effect on
the adhesive and on the interface of the adhesive joint. The thermal effects will be studied in scarf
joints with various scarf angles, from 3.43° to 45°, with three different adhesives, the Araldite®
AV138 (brittle epoxy), the Araldite® 2015 (reasonable ductile epoxy) and the Sikaforce® 7752
(ductile polyurethane). With the support of the Abaqus software and cohesive zone modelling, a
two-step thermo-mechanical analysis will be used to determine the temperature effects and
understand the respective joint behaviour.
The main conclusions of the present work are as follows:
• The lower the scarf angle, the higher the bonded area; therefore, the joint strength
increases;
• The higher the temperature, the higher the joint displacement to failure;
• Temperature also influenced stress levels (both shear and peel), and this effect is more
noticeable as scarf angles are increased;
• Temperature does not affect maximum force;
• Cohesive Zone Modelling is a precise technique in predicting strength of various joint
configurations and adhesives.
Dadas as exigências industriais atuais, a ligação adesiva é um conceito que vai ao encontro das necessidades do futuro. É um processo que está a evoluir a um ritmo significativo e tem vindo a substituir outros métodos tradicionais, não só devido à sua melhor distribuição de tensões e maior rigidez, mas também porque pode ser utilizada em estruturas de elevada resistência e leveza, com custos mais baixos e produção mais fácil, entre outras vantagens. As juntas adesivas podem apresentar-se em diferentes formatos, tais como juntas sobrepostas, juntas de topo ou juntas de cinta, só para citar alguns. A junta adesiva tipo cachecol pertence à configuração das juntas de topo e permite superfícies mais suaves, tendo sido efetuada alguma investigação sobre este tipo de junta. A maioria das estruturas tem de suportar condições difíceis e a temperatura pode ser um fator de perturbação do desempenho. Assim, esta tese tem como objetivo estudar o efeito da temperatura em juntas adesivas, e compreender os materiais e os fatores geométricos que a podem influenciar. O foco será nas juntas adesivas de chanfro interior numa análise numérica termomecânica. A temperatura tem um efeito significativo no adesivo e na interface da junta adesiva. Os efeitos térmicos serão estudados em juntas de chanfro interior com vários ângulos, desde 3.43° até 45°, com três adesivos diferentes, o Araldite® AV138 (epóxi frágil), o Araldite® 2015 (epóxi dúctil razoável) e o Sikaforce® 7752 (poliuretano dúctil). Com o apoio do software ABAQUS e da modelação da zona coesiva, será utilizada uma análise termomecânica em duas fases para determinar os efeitos da temperatura e compreender o respetivo comportamento da junta. As principais conclusões do presente trabalho são as seguintes: • quanto menor for o ângulo do chanfro interior, maior será a área de ligação adesiva; por conseguinte, a resistência da junta aumenta; • quanto maior for a temperatura, maior será o deslocamento da junta até à rotura; • a temperatura também influenciou os níveis de tensão (tanto de corte como de arrancamento), e este efeito é mais notório à medida que os ângulos de chanfro interior aumentam; • a temperatura não afeta a carga máxima; • o Modelo de Danos Coesivo é uma técnica precisa na previsão da resistência em juntas de várias configurações e adesivos.
Dadas as exigências industriais atuais, a ligação adesiva é um conceito que vai ao encontro das necessidades do futuro. É um processo que está a evoluir a um ritmo significativo e tem vindo a substituir outros métodos tradicionais, não só devido à sua melhor distribuição de tensões e maior rigidez, mas também porque pode ser utilizada em estruturas de elevada resistência e leveza, com custos mais baixos e produção mais fácil, entre outras vantagens. As juntas adesivas podem apresentar-se em diferentes formatos, tais como juntas sobrepostas, juntas de topo ou juntas de cinta, só para citar alguns. A junta adesiva tipo cachecol pertence à configuração das juntas de topo e permite superfícies mais suaves, tendo sido efetuada alguma investigação sobre este tipo de junta. A maioria das estruturas tem de suportar condições difíceis e a temperatura pode ser um fator de perturbação do desempenho. Assim, esta tese tem como objetivo estudar o efeito da temperatura em juntas adesivas, e compreender os materiais e os fatores geométricos que a podem influenciar. O foco será nas juntas adesivas de chanfro interior numa análise numérica termomecânica. A temperatura tem um efeito significativo no adesivo e na interface da junta adesiva. Os efeitos térmicos serão estudados em juntas de chanfro interior com vários ângulos, desde 3.43° até 45°, com três adesivos diferentes, o Araldite® AV138 (epóxi frágil), o Araldite® 2015 (epóxi dúctil razoável) e o Sikaforce® 7752 (poliuretano dúctil). Com o apoio do software ABAQUS e da modelação da zona coesiva, será utilizada uma análise termomecânica em duas fases para determinar os efeitos da temperatura e compreender o respetivo comportamento da junta. As principais conclusões do presente trabalho são as seguintes: • quanto menor for o ângulo do chanfro interior, maior será a área de ligação adesiva; por conseguinte, a resistência da junta aumenta; • quanto maior for a temperatura, maior será o deslocamento da junta até à rotura; • a temperatura também influenciou os níveis de tensão (tanto de corte como de arrancamento), e este efeito é mais notório à medida que os ângulos de chanfro interior aumentam; • a temperatura não afeta a carga máxima; • o Modelo de Danos Coesivo é uma técnica precisa na previsão da resistência em juntas de várias configurações e adesivos.
Description
Keywords
Adhesive bonding scarf adhesive joint temperature numerical thermo-mechanical analysis scarf angle