Combination of numerical, experimental and kriging surrogate methodology for evaluating mode I fracture of bonded composite joints

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Beck, Rafael
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/33523/001300000wjjm
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Junta Colada; Incertezas; Metamodelo; Kriging; Energia de Fratura
• Link de acesso: https://repositorio.udesc.br/handle/UDESC/23732

Oprocedimento de produção de componentes estruturais fabricados de materiais compósitos ou homogêneos envolve a montagem de elementos utilizando adesivos, induzindo variações nas características geométricas e mecânicas das junções coladas. A energia de fratura durante o carregamento no modo I (GIc) é um parâmetro crucial para prever a propagação de trincas e avaliar a resistência remanescente da junta. No entanto, as incertezas associadas ao processo de fabricação de juntas coladas podem impactar nos valores de GIc. Este estudo apresenta uma metodologia numérico-experimental para determinar GIc, considerando as incertezas inerentes ao processo de fabricação de juntas coladas. A abordagem proposta utilizou um modelo de elemento finito 3D para replicar o ensaio padronizado Double Cantilever Beam Test (DCB), empregando um software comercial de elementos finitos. A aplicação do Modelo de Zona Coesiva (CZM) simulou o comportamento mecânico do adesivo, com dados experimentais utilizados para alimentar o modelo computacional. Uma estratégia de Projeto de Experimentos (DoE) foi implementada para reduzir o número de experimentos e avaliar o impacto dos principais parâmetros influentes. O Projeto de Experimentos de Plackett-Burman foi empregado para determinar o número de experimentos numéricos. Curvas força-deslocamento foram obtidas, e o Compliance Based Beam Method (CBBM) foi utilizado para determinar GIc. Os resultados foram analisados, levando em consideração as potenciais forças e limitações do procedimento proposto, especialmente em sua aplicação para prever o comportamento de juntas coladas sob condições de carregamento no modo I. Com o reconhecimento desses parâmetros, um metamodelo baseado em Kriging foi desenvolvido, visando eliminar a necessidade de simulações numéricas e seus altos custos, ao mesmo tempo resultando em valores adequados, do ponto de vista da precisão, da energia de fratura, tornando o modelo adequado para aplicação pela indústria. A abordagem sugerida auxilia na compreensão da influência das incertezas relacionadas ao processo de fabricação de juntas coladas nos valores de GIc, melhorando assim a confiabilidade na previsão da propagação de trincas e na avaliação da resistência residual em juntas coladas. Nesse sentido, a influência de cada uma das variáveis da junta foi contabilizada e apresentada na forma de um número, chamado de índice de influência, que permitiu uma clara distinção de quais parâmetros mais influenciam a resistência da junta.