Avaliação Da Resistência Mecânica De Juntas De Alumínio Submetidas A Modos Mistos De Carregamento: Métodos De Ensaio E Monitoramento Do Crescimento Da Falha

Avaliação Da Resistência Mecânica De Juntas De Alumínio Submetidas A Modos Mistos De Carregamento: Métodos De Ensaio E Monitoramento Do Crescimento Da Falha

Author Noronha, Eder Moreno Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Travessa, Dilermando Nagle Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Engenharia E Ciência De Materiais
Abstract This work was motivated by the data scarcity regarding to the mechanical behavior of adhesives in bonded joints subjected to mix mode loads (modes I and II applied simultaneously) along with the difficulty to carry out such tests, due to the different specimen geometries and fixture configurations suggested on the literature as well as on the available test standards. Under this scenario, on this work it was applied a unique fixture capable of executing tests on DCB (Double Cantilever Beam ) specimens both in pure mode I and mode II, as well as in mixed modes with different proportions between modes. This fixture was built based on information obtained from a work conducted by Hafiz et al. (2012), with some improvements though. On the evaluation of the joint mechanical behavior, mechanical fracture concepts were applied, with approach on the energy release rates during a crack growth. This approach allowed determining with great precision the adhesive behavior during the crack propagation step that leads to the joint rupture, also allowing the results validation through the comparison with literature data that employ different specimens type, fixture and test configurations. The quality of the data obtained from the mechanical fracture approach depends, amongst other factors, from the crack measurement precision and its correlation with the loading along the test. Therefore, during the work development, it was necessary define among several available methods, the more adequate to inspect and quantify the crack propagation during the test. For that it were conducted preliminary quasi static tests with DCB type specimens in pure mode I loading, in which were evaluated the visual inspection techniques with magnifying glass, micrometric table and electronic devices such as crack gage, digital camera and DIC (Digital Image Correlation). The results obtained showed that , in general, that the test fixture used allowed the execution of tests with different proportions between mode I and mode II loadings that resulted in energy fracture values comparable to the values found on the literature, except for the pure mode II configuration. In this case, it was observed a deformation of the adherents (aluminum substrate) which provided under estimated results of the adhesive strength. In general the failure modes obtained were cohesive (in the adhesive) what demonstrate that the bonding process and specimen preparation was adequate and validates the strength results obtained from the adhesive. In regarding to the measurement techniques of the crack propagation during the test, the crack gage usage was very precise for the test configurations with mode I predominance, being inadequate under mode II predominance loading conditions. On the other hand, the DIC technique showed to be satisfactory for any test configuration.

O presente trabalho foi motivado pela escassez de dados sobre o comportamento mecânico de adesivos em juntas coladas submetidas a carregamentos em modos mistos (modos I e II aplicados simultânemanete), aliada à dificuldade em se realizar ensaios deste tipo, devido às diferentes geometrias de corpos de prova e configurações de dispositivos de ensaios propostos tanto na literatura quanto nas normas de ensaio disponíveis.Em decorrência deste cenário, neste trabalho foi empregado um dispositivo de ensaio único, capaz de realizar ensaios em corpos de prova do tipo DCB (Double Cantilever Beam) tanto em modo I ou modo II puros, quanto em modos mistos, com diferentes proporções entre os modos. Este dispositivo foi contruído com base em informações obtidas no trabalho de Hafiz et al. (2012), porém com melhorias.. Na avaliação do comportamento mecânico das juntas, foram aplicados conceitos da Mecânica da Fratura, com abordagem na taxa de liberação de energia durante o crecimento de uma trinca. Esta abordagem permitiu determinar com grande precisão o comportamento do adesivo durante a etapa de propagação da trinca que leva à ruptura da junta, permitindo ainda a validação dos resultados pela comparação com dados da literatura que empregam diferentes tipos corpos de prova, dispositivos e configurações de ensaios. A qualidade dos dados obtidos a partir da abordagem pela Mecânica da Fratura depende, entre outros fatores, da precisão da medida do comprimento da trinca e sua correlação com o carregamento, ao longo de todo o ensaio. Portanto, durante o desenvolvimento do trabalho, foi necessário definir dentre diversos métodos disponíveis, qual o mais adequado para inspecionar e quantificar o comprimento da trinca durante o ensaio. Para isso, foram realizados ensaios quase-estáticos preliminares com corpos de prova do tipo DCB e modo I puro de carregamento, durante os quais foram avalaidas as técnicas de inspeção visual com lupa, mesa micrométrica e dispositivos eletrônicos, como crack gage, câmera digital e DIC (Digital Image Correlation). Os resultados obtidos mostraram de maneira geral que o dispositivo de ensaio empregado permitiu a execussão de ensaios com diferentes proporções entre os modos de carregamento I e II que resultaram em valores de energia de fratura comparáveis com os valores presentes na literatura, exceto para a configuração em modo II puro. Nesta caso, foi observada deformação dos aderentes(substratos de alumínio), o que levou a resultados sub-estimados da resistência do adesivo. De uma maneira geral, os modos de falha obtidos foram do tipo coesiva (no adesivo), o que demostra que o processo de colagem e preparação dos corpos de prova foi adequado, e valida os resultados de resistência do adesivo obtidos. Quanto às técnicas de medição do comprimento da trinca durante o ensaio, o uso do crack gage foi muito preciso para as configurações de ensaio com predominância do modo I, sendo inadequada em condições de carregamento com predominância de modo II. Já a técnica de DIC se apresentou satisfatória para qualquer configuração de ensaio.
Keywords Structural Bonding
Aluminum Alloys
Mechanical Fracture
Mixed Mode Loading
Mechanical Tests
Crack Measurement Techniques
Colagem Estrutural
Ligas De Alumínio
Mecânica Da Fratura
Carregamento Em Modo Misto
Ensaios Mecânicos
Técnicas De Medição De Trinca
Language Portuguese
Date 2017-07-07
Research area Materiais E Processos Para Aplicações Industriais
Knowledge area Ciência, Engenharia E Tecnologia De Materiais
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 112p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=5039060
Access rights Closed access
Type Dissertation
URI http://repositorio.unifesp.br/handle/11600/49949

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