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Title: Influência da geometria da junta na resistência à tração e à fadiga de juntas coladas híbridas em alumínio
Other Titles: Influence of the geometry of the joint on the tensile strength and fatigue strength of hybrid adhesive joints in aluminum
Authors: Oliveira, Vladimir Joukov Costa de
Orientador: Costa, José Domingos Moreira da
Reis, Paulo Nobre Balbis dos
Keywords: Ligações adesivas; Junta colada mista scarf com degraus; Resistência à tração; Resistência à fadiga; espessura do adesivo; Adhesive bonds; stepped scarf mixed joint; Tensile strength; Fatigue strength; adhesive thickness
Issue Date: 27-Nov-2020
Serial title, monograph or event: Influência da geometria da junta na resistência à tração e à fadiga de juntas coladas híbridas em alumínio
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Mecânica
Abstract: As ligações adesivas podem ser utilizadas em várias aplicações estruturais, tais como no setor automóvel, no ferroviário e no aeronáutico. Estas proporcionam a capacidade de se obterem estruturas mais leves, de reduzir o custo de fabrico, colar materiais diferentes e de distribuírem melhor as tensões do que os métodos mais convencionais. Pelo facto de existirem ainda muitas indústrias que utilizam esses métodos convencionais e que precisam da utilização de materiais mais leves, é importante o estudo das ligações adesivas de modo a que seja viável a utilização destas ligações nessas áreas industriais. Para isso, nesta dissertação foi estudada a resistência à fadiga e a resistência à tração num novo tipo de junta, a junta colada mista scarf com degraus em contacto positivo.Nesta junta foram estudados dois parâmetros: a inclinação e a altura dos degraus. Realizaram-se quatro geometrias de junta diferentes, com inclinações de 15º e de 30º, e altura dos degraus de 0,50 mm e de 0,75 mm. O adesivo utilizado foi uma resina epóxi Araldite® 420 A/B e o material para os aderentes foi a liga de alumínio 5083-H111. As quatro geometrias foram submetidas a ensaios de tração. Nos ensaios de fadiga foram testadas apenas as juntas com altura de degrau de 0,75 mm e inclinações de 15º e 30º com. Analisou-se evolução da falha através de um equipamento de extensometria ótica que utiliza a técnica de correlação de imagem digital (DIC) e concluiu-se que esta tem origem na extremidade da junta e propaga-se até ao centro da junta.Foram também observadas as superfícies de rotura e as espessuras do adesivo. Quanto às superfícies de rotura, concluiu-se que não existe nenhuma relação entre a percentagem de rotura adesiva e a espessura do adesivo; nem entre a percentagem de rotura adesiva e o número de ciclos de vida na fadiga. Para a espessura foi observado que existe uma relação com os números de ciclos realizados à mesma tensão aplicada. Para espessuras baixas obtiveram-se melhores resultados de resistência à fadiga.No estudo da resistência à tração, concluiu-se que as juntas coladas mistas scarf com degraus apresentam melhores resultados em comparação com as juntas scarf; para a mesma inclinação houve um aumento de 29,4% de resistência à tração. Quando comparado com as juntas com três degraus, os resultados foram inferiores 54.7%. Nos ensaios de fadiga, as juntas estudadas obtiveram melhores resultados do que as existentes na literatura.
Bonded joints can be used in several structural applications such as the automobile, railroad and aeronautics industry. They can provide the capacity to obtain lighter structures, to reduce the production costs, to bond different materials and to distribute better the tensions than the most conventional methods. Because there are many industries that continue to use conventional methods and need to use more lightweight materials, it is important to study the bonded joints in order to get better results and thus be able to use in more industries. For that, in this dissertation it was studied a new type of geometry, the stepped scarf mixed joint, and was studied the behavior to the tensile strength and fatigue strength.For this joint two parameters were studied: the angle and the height of the step. Four different geometries were made with angles of 15º and 30º, and with a height of 0,50 mm and 0,75 mm of the step. The adhesive utilized was an epoxy resin Araldite® 420 A/B and the material used on the adherent was an aluminium alloy 5083-H111.The four geometries were submitted to tensile tests. In the fatigue tests only the joints with a step height of 0,75 mm and angles of 15º and 30º were tested. The crack propagation was analysed through an equipment of optic extensometry that utilizes the technic of the digital image correlation (DIC) and it was concluded that the crack initiated at the end of the joint and evolved to the center. The fracture surface and the adhesive thickness was also analyzed. As to the fracture surface, it was concluded that there is no relation between the percentage of the adhesive fracture and the thickness of the adhesive, nor between the percentage of the adhesive fracture and the number of cycles in the fatigue tests. For the thickness it was observed a relation with the number of cycles for the same tension applied. The lower thicknesses obtained the better the result.In the study of the tensile strength, it was concluded that the stepped scarf mixed joint presents better results than the scarf joint. For the same angle it has 29,39% more tensile strength. When compared to the three step lap joints, the results were lower by 54,7%. In the fatigue tests, the joint studied obtained better results that the ones that are on the literature.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/93950
Rights: openAccess
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