Estudo do ensaio CLS para determinação da tenacidade em modo misto de juntas adesivas

A utilização de juntas adesivas como elemento de união tem vindo a aumentar progressivamente à medida que vários estudos vão sendo realizados. As juntas adesivas têm demonstrado várias vantagens relativamente às técnicas de união mais utilizadas tais como soldadura, brasagem, ligações aparafusadas, rebitadas, entre outras. Vários estudos vêm demonstrado a importância em prever com precisão as propriedades e a resistência mecânica da junta adesiva. O modelo de dano coesivo é um método muito utilizado nestas previsões, para o qual a taxa de libertação de energia é um dos parâmetros fundamentais. O ensaio cracked-lap shear (CLS) é um ensaio ainda pouco estudado e, como tal, tornou-se essencial caracterizá-lo através de um estudo da viabilidade da junta adesiva segundo este tipo de junta. Este tipo de ensaio permite o estudo da junta adesiva quando solicitada a cargas de modo misto (combinação de solicitações de tração e corte), sendo o tipo de solicitação mais comum ao longo do ciclo de vida das juntas adesivas em aplicações reais. O estudo efetuado nesta dissertação consistiu na análise experimental e numérica do ensaio CLS para a determinação da tenacidade à fratura de diferentes adesivos estruturais. Pretendeu-se estabelecer uma comparação entre os métodos de redução teóricos obtidos dos trabalhos de alguns autores. O trabalho experimental consistiu no fabrico e ensaio de provetes CLS com os diferentes adesivos, e realizar o respetivo tratamento de dados conducente à obtenção das propriedades de fratura. Numericamente foram utilizados modelos de dano coesivo para reproduzir os ensaios experimentais e obter leis coesivas aproximadas que possam ser usadas para previsão do comportamento de juntas adesivas solicitadas em modo-misto. Estas análises numéricas procuram simular a iniciação e propagação de fendas no adesivo, e têm em conta conceitos energéticos para simular a rotura. Experimentalmente e numericamente foram obtidos os envelopes de fratura de cada adesivo para caraterizar o respetivo comportamento em modo-misto. Observou-se que os métodos de redução para o ensaio CLS apresentam algumas limitações na definição das componentes puras da tenacidade. Por outro lado, os modelos numéricos conseguiram prever de forma aceitável os resultados experimentais.The use of adhesive joints as a joining method has been progressively increasing as several studies are being carried out. Adhesive joints have shown several advantages over the most used joining techniques such as welding, brazing, bolted connections, riveting, among others. Several studies have demonstrated the importance of accurately predicting the properties and mechanical strength of the adhesive joint. The cohesive zone model is a widely used method in these predictions, for which the energy release rate is one of the fundamental parameters. The cracked-lap shear (CLS) test is still little studied and, as such, it becomes essential to characterize it through a study of the viability of the adhesive joint according to this type of joint. This type of test allows the study of the adhesive joint when applied to mixed-mode loads (combination of tensile and shear loads), being the most common type of loading throughout the life cycle of adhesive joints in real applications. The study carried out in this dissertation consisted of the experimental and numerical analysis of the CLS test to determine the fracture toughness of different structural adhesives. It was intended to establish a comparison between the theoretical reduction methods obtained from the works of few authors. The experimental work consisted of manufacturing and testing CLS specimens with the different adhesives, and carrying out the respective data processing leading to obtaining the fracture properties. Numerically, cohesive zone models were used to reproduce the experimental tests and obtain approximate cohesive laws that can be used to predict the behavior of bonded joints under mixed-mode. These numerical analyzes seek to simulate the initiation and propagation of cracks in the adhesive, and take into account energy concepts to simulate failure. Experimentally and numerically, the fracture envelopes of each adhesive were obtained to characterize their mixed-mode behavior. It was observed that the reduction methods for the CLS test have some limitations in defining the pure toughness components. On the other hand, the numerical models were able to predict the experimental results in an acceptable way