Desenvolvimento de modelos de dano coesivo modificados para juntas coladas submetidas a fluência em modo II

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Carneiro Neto, Ranulfo Martins
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico; Brasil; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Bonded joints; Numerical modelling; Creep; Cohesive zone models; Juntas coladas; Modelagem numérica; Fluência; Modelos de dano coesivo; Métodos e simulação; Jutas (Engenharia); Adesivos; ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17922

Adesivos poliméricos apresentam comportamento viscoso quando submetidos a carregamentos constantes, resultando em deformações permanentes desses materiais. A fluência tem significativa influência nas propriedades mecânicas e coesivas das juntas adesivas, porém esta influência não é considerada nos modelos disponíveis na literatura que visam simular o comportamento mecânico das juntas coladas. Os modelos de dano coesivo (MDC) são vastamente utilizados na modelagem de juntas coladas em condições estáticas, porém, não há literatura MDC aplicados ao fenômeno da fluência. Os parâmetros coesivos são considerados constantes nos MDC, o que não é válido para a fluência. O objetivo principal dessa tese é desenvolver um modelo de dano coesivo que simule adequadamente a fluência nas juntas do ensaio end notched flexure (ENF), considerando assim a variação dos parâmetros coesivos no modelo. Os fatores tempo e carga de fluência foram avaliados em amostras do ensaio ENF, o qual é vastamente utilizado para calcular a energia crítica de fratura em modo II (cisalhamento). Além dos ensaios ENF usuais, que visaram calcular os valores de referência da força máxima e da energia crítica de fratura em modo II, foram realizados ensaios de fluência e ensaios pós fluência. Os ensaios de fluência foram realizados em duas etapas: i) tempos e cargas de fluência pré-definidos, ii) carga de fluência definida e aplicada até ocorrência da falha. Os ensaios pós fluência tiveram como objetivo mensurar a mudança nos parâmetros coesivos quando comparadas com os valores de referência. Os resultados dos ensaios pós fluência demonstraram que, em comparação com as condições estáticas, a força máxima e a energia de fratura em modo II do ensaio ENF são modificadas devido ao efeito de fluência. Assim, um aumento dessas propriedades de maneira significativa foi observado em alguns casos, havendo a oportunidade, portanto, de aumento da resistência das juntas adesivas quando pré-carregadas em fluência para condições controladas. Para que as evidências experimentais fossem consideradas nos modelos numéricos, duas funções de duas variáveis (tempo e carga) foram propostas, a fim de calcular o valor da energia de fratura residual para cada incremento de tempo na simulação numérica. Regressões lineares e não lineares foram realizadas para que os parâmetros das funções (modelos) fossem calculados. Após a validação desses modelos, os mesmos foram implementados em linguagem Fortran, descrevendo assim o comportamento constitutivo do material. Dessa forma, através de uma sub-rotina user material (UMAT), associada ao programa de elementos finitos Abaqus, a modelagem numérica das juntas ENF foi realizada, sendo então desenvolvido um modelo de dano coesivo modificado para a modelagem da fluência em juntas adesivas, sendo essa a principal contribuição dessa tese. O modelo proposto considerou tanto a mudança da energia crítica, como também a degradação da tensão de cisalhamento do adesivo. Os resultados numéricos e experimentais tiveram boa concordância, demonstrando o potencial do modelo de dano coesivo desenvolvido para simular a fluência de juntas coladas.