Validação do método de discretização avançada Natural Neighbour Radial Point Interpolation Method para a previsão de resistência de juntas adesivas

As juntas adesivas, devido aos seus atributos, têm vindo a ter um crescimento bastante significativo na indústria. Estes tipos de ligações apresentam inúmeras vantagens relativamente às ligações mecânicas mais tradicionais, como baixo peso, maior resistência, fiabilidade, possibilidade de unir diferentes materiais, rapidez no fabrico, possibilidade de automatização e distribuições de tensões mais uniformes. Contudo, também apresentam as suas desvantagens, na maior parte dos casos, impossibilidade de desmontagem, fraca resistência ao arrancamento e eventual necessidade de cura a elevadas temperaturas. O comportamento de uma ligação adesiva é condicionado por diferentes variáveis, como por exemplo o tipo de adesivo, o tipo de substrato e respetivas dimensões deste. Relativamente à sua natureza, os adesivos variam de frágeis e rígidos como por exemplo o Araldite® AV138, a dúcteis e menos rígidos, como o caso do adesivo Araldite® 2015. Para além dos mencionados, existem os adesivos de poliuretano que combinam uma elevada resistência e ductilidade, como por exemplo o adesivo SikaForce® 7752. Para a análise de juntas adesivas está a ser cada vez mais utilizado o método de elementos finitos (MEF) que, combinado com critérios ou modelos de dano mais ou menos complexos, pode revelar-se como uma ferramenta fundamental para o projeto de ligações adesivas. Por outro lado, os métodos sem malha emergiram recentemente e têm sido aplicados com sucesso à previsão de resistência de estruturas em geral. No entanto, estes métodos estão muito pouco estudados para a modelação de juntas adesivas. O principal objetivo desta dissertação é a comparação do MEF com o método Natural Neighbour Radial Point Interpolation Method (NNRPIM), considerando diferentes comportamentos de adesivos e geometria de juntas, de forma a validar uma ferramenta que possa ser utilizada de forma universal para dimensionamento. Para este efeito, foram testadas juntas de sobreposição simples (JSS) com os adesivos Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752 e diferentes comprimentos de sobreposição (LO). A validação foi realizada por comparação direta dos resultados experimentais obtidos nos ensaios, realizados no Laboratório de Ensaios Mecânicos do Instituto Superior de Engenharia do Porto, com os valores numéricos obtidos com recurso a dois softwares, o ABAQUS® e o FEMAS. Concluiu-se que o NNRPIM apresenta alguns problemas associados à necessidade de malhas extremamente refinadas, que levaram a previsões grosseiras das distribuições de tensões. No entanto, as previsões de resistência foram razoáveis comparativamente ao MEF.Adhesive joints, due to their attributes, have experienced a quite significant growth in the industry. These joints present several advantages over traditional mechanical joints, such as the low weight, higher strength, reliability, the possibility of joining diferente materials, manufacturing speed, possibility of automation and a more uniform stress distribution. However, it also has as its disadvantages, in most cases, impossibility of disassembly, poor peel strength and the possible need for curing at high temperatures. The behaviour of an adhesive bond depends on different variables, such as the type of adhesive, the type of substrate and its dimensions. Regarding their nature, the adhesives range from brittle and stiff, such as the Araldite® AV138, to ductile and less stiff such as the Araldite® 2015. In addition to these, there are polyurethane adhesives that combine high strength and ductility, such as the SikaForce® 7752. For the analysis of adhesive joints, the finite element method (FEM) is being increasingly used which, combined with more or less complex criteria or damage models, can prove to be a fundamental basis for the design of adhesive bonds. On the other hand, meshless methods emerged recently and have been successfully applied for the strength prediction of structures in general. However, these methods are little studied to model adhesive joints. The main objective of this thesis is the comparison between the FEM and the Natural Neighbour Radial Point Interpolation Method (NNRPIM), considering different adhesive behaviours and joint geometries, in order to validate a tool that can be used universally for design. For this purpose, single-lap joints (SLJ) with the adhesives Araldite® AV138, Araldite® 2015 and SikaForce® 7752 and different overlap lengths (LO) are tested. The validation was performed by direct comparison of the experimental results obtained in the tests, performed in the Laboratory of Mechanical Tests of ISEP-School of Engineering, with the numerical values obtained in ABAQUS® and FEMAS.It was concluded that the NNRPIM presents some problems associated with the need for extremely refined meshes, which led to gross predictions of the stress distributions. However, the strength predictions were reasonable compared to the MEF