Análise do coeficiente de torque e do pré-carregamento resultante em juntas aparafusadas de compósito polimérico reforçado com fibra de carbono

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Marques, Bruno Mikio Fujiwara
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Compósito; Juntas aparafusadas; Elementos finitos; Torque; Pré-carregamento; Fibra de carbono; Epóxi; Coeficiente de torque.; Materiais compostos; Juntas (Engenharia); Análise dos elementos finitos; Composite; Bolted joints; Preload; Finite element; Carbon fiber; Epoxy; Coefficient of torque
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/217725

Para juntas aparafusadas de alta responsabilidade, a aplicação de uma força inicial de tração no parafuso, denominada pré-carregamento, é essencial devido à compressão aplicada às partes unidas, aumentando o atrito entre elas e melhorando a resistência mecânica da junta tanto submetida à carga externa de tração quanto à de cisalhamento. Além disso, sabe-se que o torque necessário para produzir um determinado pré-carregamento é função da geometria da rosca e dos coeficientes de atrito dos materiais envolvidos. Essas variáveis combinadas na equação de obtenção do torque denominam-se coeficiente de torque e o seu valor influencia diretamente o pré-carregamento. No entanto, para juntas de materiais compósitos, os valores do coeficiente de torque são considerados em poucos estudos e de maneira aproximada e superficial, sendo comum utilizar os resultados obtidos para juntas de materiais metálicos como referência, acarretando em componentes de materiais compósitos com baixa eficiência e dimensionados incorretamente. Dessa forma, este trabalho apresenta um estudo sobre juntas aparafusadas de materiais compósitos de matriz epóxi reforçada com fibra de carbono, a fim de analisar e definir os coeficientes de torque aplicáveis a esses materiais, como também avaliar os efeitos de diferentes valores de torque sobre o laminado, demonstrando a relação entre a carga de prova do parafuso e o pré-carregamento. As análises contemplaram a utilização do método analítico geral e de Motosh, do método dos elementos finitos com modelos tridimensionais e equacionamentos não-lineares, contemplando contatos e aplicação do critério de falha de Hashin. Também foram realizados ensaios experimentais de aplicação de torque, de resistência da junta em tração e análise fractográfica. Os resultados dos ensaios de aplicação de torque demonstraram que o coeficiente de torque aplicável para a junta de material compósito é aproximadamente 50% maior do que o aplicado para juntas metálicas, independentemente do valor de torque utilizado. Assim, os pré-carregamentos obtidos experimentalmente apresentaram valores até 39,4% menores do que os calculados utilizando o coeficiente de torque recomendado para juntas metálicas. Outra contribuição deste trabalho foi a recomendação na utilização de pré-carregamentos entre 68% e 100% da carga de prova do parafuso. No entanto, os resultados dos ensaios de resistência da junta em tração indicaram que não houve aumento da carga de falha por tração utilizando um pré-carregamento de 100% da carga de prova do parafuso, quando comparado com corpos de prova submetidos a pré-carregamento com relação de 80,2%, não apresentando vantagem deste último para condições de carregamentos estáticos. Além disso, a análise fractográfica revelou que os diferentes pré-carregamentos aplicados não influenciaram nos modos de falha observados na superfície de fratura dos corpos de prova.