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Utilização do integral-J para medição da tenacidade à fratura de adesivos estruturais em modo misto

2020Master thesis Open access
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dc.contributor.advisorCampilho, Raul Duarte Salgueiral Gomes
dc.contributor.authorNeves, Luís Filipe Ribeiro
dc.date.accessioned2020-10-20T08:48:55Z
dc.date.available2020-10-20T08:48:55Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractA utilização de juntas adesivas em diversas aplicações oferece vantagens em relação aos métodos tradicionais tais como a soldadura, brasagem, ligações aparafusadas e rebitadas. De facto, as juntas adesivas apresentam uniões mais leves, melhor comportamento na presença de cargas cíclicas ou de fadiga, permitem a ligação de materiais diferentes naturezas e apresentam melhores distribuições de tensões nas zonas unidas. De forma a dimensionar corretamente ligações adesivas, é importante conseguir prever com precisão a sua resistência mecânica e respetivas propriedades de fratura (taxa crítica de libertação de energia de deformação à tração, GIC, e corte, GIIC). Estas propriedades são obtidas com recurso da mecânica da fratura, através de análises energéticas. Para este efeito, distinguem-se três tipos de modelos: modelos que necessitam da medição do comprimento de fenda durante a propagação do dano, modelos que utilizam um comprimento de fenda equivalente e métodos baseados no integral J. Como geralmente as solicitações ocorrem em modo misto (tração e corte em simultâneo), é de grande importância a medição das taxas de libertação de energia relativamente a diferentes critérios ou envelopes de fratura. Este trabalho é iniciado tendo por base um estudo experimental, realizado numa dissertação anterior, e um estudo numérico, correspondente à presente dissertação, onde foram modelados provetes Single-Leg Bending (SLB) em juntas onde se aplicaram três tipos de adesivos, de forma a estudar e comparar as suas propriedades de fratura. Numericamente obtiveram-se as curvas carga aplicada vs. deslocamento (P-δ) e aplicouse o modelo do integral-J para redução da taxa de libertação de energia de deformação à tração, GI, e corte, GII. Após esta fase iniciou-se a discussão dos resultados, onde se compararam os resultados numéricos com os resultados experimentais. Os elementos utilizados para comparação foram as curvas P-δ, GI, GII, e o enquadramento de GI e GII nos envelopes de fratura de cada adesivo. Em geral, foi obtida uma concordância bastante boa nos resultados obtidos. Os ensaios numéricos permitiram retratar o comportamento verificado nos ensaios experimentais e validar os critérios de propagação através da análise dos resultados experimentais, comprovando que o integral J é um método eficaz na medição da energia de fratura.pt_PT
dc.description.abstractThe use of adhesive joints in several applications offers advantages over traditional methods such as welding, brazing, fastening and riveting. In fact, the adhesive joints have less weight, better behaviour in the presence of cyclic or fatigue loads, allow the connection of different materials and have better stress distributions in the bonded areas. In order to correctly design adhesive joints, it is important to be able to accurately predict their mechanical strength and respective fracture properties (critical strain energy release rate in tension, GIC, and shear, GIIC). These properties are obtained using fracture mechanics, through energy analyses. For this purpose, three types of models are distinguished: models that require the measurement of the crack length during damage propagation, models that use an equivalent crack length and methods based on the J integral. As loadings generally occur in mixed mode (simultaneous occurrence of tension and shear), it is highly important to measure the strain energy release rates in relation to different fracture criteria or envelopes. This work is initiated based on an experimental study, carried out in a previous dissertation, and a numerical study, corresponding to the present dissertation, where Single-Leg Bending (SLB) test specimens were modelled in joints where three types of adhesives were applied, in order to study and compare their fracture properties. Numerically, load vs. displacement (P-δ) curves were obtained and the J-integral model was applied to estimate the strain energy release rate in tension, GI, and shear, GII. After this phase, the discussion of the results started, where the numerical results were compared with the experimental results. The elements used for comparison were the Pδ curves, GI, GII, and the framing of GI and GII in the fracture envelopes of each adhesive. In general, a very good agreement was obtained on the results obtained. The numerical tests allowed to portray the behaviour verified in the experimental tests and to validate the propagation criteria through the analysis of the experimental results, proving that the J integral is an effective method in the measurement of fracture energy.pt_PT
dc.identifier.tid202522709pt_PT
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10400.22/16332
dc.language.isoporpt_PT
dc.subjectSingle-leg bendingpt_PT
dc.subjectLigação adesivapt_PT
dc.subjectMecânica da fraturapt_PT
dc.subjectTenacidade à fraturapt_PT
dc.subjectEnvelope de fraturapt_PT
dc.subjectIntegral-Jpt_PT
dc.subjectMétodo de elementos finitospt_PT
dc.subjectModelos de dano coesivopt_PT
dc.subjectAdhesive jointpt_PT
dc.subjectFracture mechanicspt_PT
dc.subjectFracture toughnesspt_PT
dc.subjectFracture envelopept_PT
dc.subjectJ-integralpt_PT
dc.subjectFinite element methodpt_PT
dc.subjectCohesive zone modelspt_PT
dc.titleUtilização do integral-J para medição da tenacidade à fratura de adesivos estruturais em modo mistopt_PT
dc.typemaster thesis
dspace.entity.typePublication
rcaap.rightsopenAccesspt_PT
rcaap.typemasterThesispt_PT
thesis.degree.nameMestrado em Engenharia Mecânica - Construções Mecânicaspt_PT

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