Estudo do comportamento à fadiga de ligações de alumínio coladas por adesivo

Dissertação de Mestrado em Engenharia MecânicaNum mundo onde a eficiência energética e a elevada performance mecânica dos equipamentos e produtos são cada vez mais ambicionadas, procuram-se materiais e ligações cada vez mais leves e resistentes. A utilização de adesivos na conceção de ligações estruturais tem atraído muita atenção dos investigadores nas últimas décadas, devido a várias vantagens importantes em relação às técnicas de ligação mais tradicionais, como a soldadura, rebitagem e aparafusamento. De entre as várias vantagens destaca-se a dispensa de adição de materiais às ligações (redução de peso) e uma melhor distribuição de tensões que deriva da ligação do adesivo a toda a área de contacto das diferentes peças (maior vida à fadiga). O comportamento das ligações coladas a longo prazo é um dos temas que ainda não está totalmente dominado e que suscita grandes preocupações nas aplicações mais exigentes. Neste estudo pretendeu-se contribuir para o melhor conhecimento do comportamento à fadiga de ligações coladas envolvendo substratos metálicos em liga de alumínio (Al6061-T651) e adesivo epóxido (Araldite®2015), considerando-se carregamentos de amplitude constante. Este estudo visou a avaliação das taxas de propagação de fendas em modo I e em modo II, puros, recorrendo a ensaios de provetes DCB e ENF, respetivamente. Pretendeu-se ainda avaliar o comportamento à fadiga de uma junta de sobreposição dupla (DLJ) onde a fase de iniciação de uma fenda de fadiga se reveste de um grande importância. Para além dos ensaios de fadiga também se procurou realizar ensaios monotónicos quasi-estáticos que permitiram obter a resistência estática das ligações, em particular as taxas críticas de libertação de energia, em modo I e II. O estudo proposto procurou combinar técnicas experimentais e numéricas na análise dos resultados. Com efeito, os ensaios de propagação de fendas de fadiga foram realizados sem observação direta da fenda, tendo sido necessários procedimentos baseados na calibração da flexibilidade e conceito de fenda equivalente para tratar os resultados. As taxas críticas de libertação de energia em modo I e modo II, obtidas para as ligações estudadas, enquadraram-se em valores de referência publicados. As taxas de crescimento das fendas de fadiga foram satisfatoriamente correlacionadas com base na lei de Paris modificada, de modo a ter em conta os regimes de propagação de fendas I e II.In a world where energy efficiency and high mechanical performance of equipment and products are increasingly desired, lighter and stronger materials and connections are of primordial importance. The use of adhesives in the design of structural joints has attracted much attention from researchers in recent decades, due to several important advantages over more traditional joining techniques such as welding, riveting and bolting. Among the many advantages, the exemption from heavy joining materials (weight reduction) and the better distribution of stresses promoted by the adhesive bond applied across the entire contact area of different parts (greater fatigue life), are the most important. The long-term mechanical behaviour of adhesive joints is one of the issues that is not yet fully understood raising major concerns as regards the most demanding applications. This study was intended to contribute to a better knowledge of the fatigue behavior of bonded connections involving metal substrates made of aluminum alloy (AL6061-T651) and epoxy adhesive (Araldite®2015), considering constant amplitude loading. This study aimed to evaluate fatigue crack propagation rates under pure mode I and mode II, using DCB and ENF specimens, respectively. It was also intended to evaluate the fatigue behavior of a double lap joint (DLJ) where the initiation stage of a fatigue crack is of great importance. In addition to the fatigue tests, monotonic quasi static tests were also envisaged aiming at evaluating the static resistance of the joints, in particular the critical strain energy release rate, for pure mode I and II. The proposed study combined experimental and numerical techniques in order to analyze the results. Indeed, the fatigue crack propagation were performed without direct observation of crack growth, calibration procedures based on compliance curves and equivalent crack were used to data reduction analysis. The critical energy release rates for pure mode I and II where consistent with data published in the literature. The fatigue crack growth rates were satisfactorily correlated based on the modified Paris law, that accounts for fatigue crack propagation in near threshold and stable fatigue crack propagation regimes