Trabalho Adesivos 2011

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Escola Superior de Tecnologia de Viseu

Departamento de Eng. Mecânica e Gestão Industrial

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Mestrado em Engenharia Mecânica e Gestão Industrial

TECNOLOGIA DAS LIGAÇÕES

Trabalho Prático

“Efeito do comprimento de sobreposição

na resistência de juntas adesivas”

2011/2012

Realizado por:

N N º º 9 9 5 5 116 6 : : AAn n d d r r é é G G u u i i m m a a r r ã ã e e s s

N N º º 3 3 7 7 3 3 11: : AAn n t t ó ó n n i i o o T T a a v v a a r r e e s s

N N º º 8 8 0 0 8 8 6 6 : : R R u u b b e e n n LLo o p p e e s s

N N º º 9 9 8 8 8 8 6 6 : : T T i i a a g g o o M M a a r r i i n n h h o o



INSTITUTO POLITÉCNICO DE VISEU

ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIATecnologia das Ligações – Adesivos Estruturais

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Previsão das forças de rotura das juntas adesivas

Propriedades dos substratos:

Aço Macio (DIN St33)Tensão de cedência 185 MPa

Aço Duro (DIN 55 Si 7 tratado)

Tensão de cedência 1100 MPa

Propriedades do adesivo:

Araldite 2015

Módulo de elasticidade ao corte G (GPa) 0,56

Coeficiente de Poisson 0,35

Tensão de cedência ao corte (MPa) 17,9

Máxima deformação de corte (%) 43,9





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Dimensões das juntas:

Comprimento l

(mm)

Largura b

(mm)

Espessura

t (mm)

JSS com Aço Duro (Junta A) 12,5 25 2JSS com Aço Duro (Junta B) 50 25 2

JSS com Aço Macio (Junta C) 12,5 25 2JSS com Aço Macio (Junta D) 50 25 2

JSS – Junta de sobreposição simples

Nota:

A espessura de adesivo utilizada foi de 0,2 mm.

Foram produzidas 4 juntas de sobreposição simples (JSS) diferentes.

Procedimentos para a fabricação das juntas

Na preparação da superfície utilizaram-

se duas técnicas. A grenalhagem foi usada em

primeiro lugar com o objectivo de livrar o aço

de quaisquer óxidos e aumentar a rugosidade.

Ambos os lados dos provetes foram

grenalhados para eliminar quaisquer tensões





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residuais na superfície. Em seguida, procedeu-se a uma última limpeza com acetona

para remover o pó produzido no processo anterior e

alguma gordura remanescente.Na próxima fase, foi preparado o adesivo de

dois componentes recorrendo a uma espátula, um

pequeno recipiente, uma balança de precisão e um

misturador para que fosse obtida uma mistura

homogénea e sem bolsas de ar.

Preparado o adesivo, foi depois aplicado nos

provetes, nas superfícies a sobrepor, que já se

encontravam no molde de fixação, previamente

tratado com desmoldante. A montagem permitia

controlar com uma boa precisão quer a espessura do adesivo, quer o comprimento de

sobreposição.

O molde foi entretanto colocado na prensa

aquecida para que o adesivo fosse sujeito ao

processo de cura. Cumpridos todos os parâmetros

necessários a uma boa cura, os provetes ficam

prontos para serem sujeitos aos respectivos ensaios

de tracção.

Outros acessórios:





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Previsão das forças de rotura das juntas adesivas:

A seguir apresentam-se os valores de força de rotura obtidos:

Junta A Junta B Junta C Junta D

Força de

rotura (N) 6956 25278 5814 11454

Junta A => CD – Curto Duro

Junta B => LD – Longo Duro

Junta C => CM – Curto Macio

Junta D => LM – Longo Macio

Critério de cedência generalizada

Este modelo tem como base adesivos suficientemente dúcteis, com um valor dedeformação ao corte superior a 20%, todo o comprimento de sobreposição deforma-seplasticamente e a força de rotura da junta pode ser calculada através da seguinteequação:

Onde:

- Força de rotura da junta

- Tensão de cedência ao corte do adesivo

- Comprimento de sobreposição

- Largura da junta

Cálculo da força de rotura ( ):

Junta A: = 17,9* 0,0125 0,025 = 5594 N

Junta B: = 17,9* 0,050 0,025 = 22375 N

Junta C: = 17,9* 0,0125 0,025 = 5594 N

Junta D: = 17,9* 0,050 0,025 = 22375 N

= l.b





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Critério da cedência dos substratos

Este critério mostra-nos que os substratos se deformam plasticamente, a cedênciados substratos provoca uma deformação adicional do adesivo que leva à rotura domesmo e, por isso, pode calcular-se a Força de Rotura da junta através da tensão decedência do substrato.

Onde:

- Força de rotura da junta

- Tensão de cedência do substrato

- Largura da junta = 25 mm

- Espessura do substrato = 0,2mm

Cálculo da força de rotura ( ):

Para < 20 => =

Para > 20 => = bt





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Junta A: = 6,25 < 20 => = = 13750 N

Junta B: = 25 > 20 => = = 55000 N

Junta C : = 6,25 < 20 => = = 2312,5 N

Junta D: = 25 > 20 => = 185* 0,025 0,002 = 9250 N

Superfícies de rotura e comentários

Depois de fabricadas as 4 juntas de sobreposição

simples (JSS), efectuou-se o tracionamento dos 4 provetes

na máquina universal Tinius Olsen e analisando o efeito do

comprimento de sobreposição na resistência das juntas

adesivas concluímos assim o modo de rotura de cada junta

conforme o quadro abaixo:

Junta A Junta B Junta C Junta D

Material doSubstrato

Aço Duro Aço Duro Aço Macio Aço Macio

Sobreposição(mm)

12,5 50 12,5 50

Tipo deRotura

COESIVA COESIVA COESIVA COESIVA





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1º Ensaio (Curto Duro) 2º Ensaio (Longo Duro)

3º Ensaio (Longo Macio) 4º Ensaio (Curto Macio)

Pode verificar-se nas fotografias anteriores que todas as rupturas foram coesivas no

adesivo, pois todas as superfícies anteriormente sobrepostas apresentam vestígios do

mesmo. Tal demonstra que as superfícies foram suficientemente bem preparadas,

embora apresentem alguns defeitos resultantes da fabricação da junta, nomeadamente,

uma espessura insuficiente de adesivo em algumas zonas.





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Comparações dos valores previstos e dos valores experimentais

A seguir pode ver-se uma comparação dos vários resultados, através da

quantificação percentual da diferença relativa entre o resultado experimental e o

resultado dos cálculos teóricos.

JUNTA A: Aço duro com 12,5 mm de sobreposição:

A Resultados Dif. % abs

Ensaio Experimental 6956 -

Cedência generalizada 5594 20%

Cedência dos substratos 13750 98%

Verifica-se que o critério de cedência generalizada é o que mais se aproxima do

ensaio experimental. Comparando com o outro resultado nas restam dúvidas de qual o

critério que melhor prevê o comportamento de uma junta com estas características.

JUNTA B: Aço duro com 50 mm de sobreposição:

B Resultados Dif. % abs




Pode constatar-se novamente, que o critério de cedência dos substratos não

traduz de todo a realidade. É o critério de cedência generalizada que deverá ser

escolhido para calcular a força de ruptura em juntas deste tipo.

JUNTA C: Aço macio com 12,5 mm de sobreposição:

C Resultados Dif. % abs



Cedência dos substratos 2312,5 60%

Uma vez mais, encontra-se a menor diferença dos resultados no critério de

cedência generalizada. Trata-se do valor mais próximo obtido até agora. Este critério éclaramente aquele que nos permitirá obter resultados mais próximos da realidade.





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JUNTA D: Aço macio com 50 mm de sobreposição:

D Resultados Dif. % abs




Ao contrário de todas as outras juntas, mostra-se aqui que o critério adequado

para obter uma força de ruptura aproximada ao ensaio experimental é o critério de

cedência dos substratos. Neste caso, com este critério, ficámos a cerca de 19% do

resultado prático. Ao invés, com o outro critério o erro é cerca do dobro do valor real.

Gráfico com as forças de rotura e as previsões

O gráfico que se apresenta de seguida, mostra de forma clara aquilo que foi

abordado nas comparações anteriores. Indica que o critério de cedência generalizada é o

que mais se aproxima do resultado experimental, nas juntas A, B e C. Da mesma forma,

verifica-se que na junta D é o critério de cedência dos substratos que melhor traduz arealidade. A junta C é aquela cujas características permitem que haja uma menor

diferença nos resultados entre os dois critérios utilizados.





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Gráficos Força vs Deslocamento

O gráfico seguinte exibe as curvas Força-Deslocamento características dosprovetes ensaiados. Nas duas primeiras juntas verifica-se que a ruptura ocorreu no inícioda plastificação do adesivo, durante ainda o regime elástico dos substratos. Na terceira equarta juntas vê-se que ocorreu a cedência do substrato e respectivamente oalongamento do provetes, nomeadamente a junta ML cujo material do substrato entrouem regime plástico acabando por romper com 11454N.





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Conclusões

Os resultados obtidos ocorreram no sentido esperado e tal como foi abordado

nas aulas.

Em provetes cujos substratos têm uma elevada tensão de cedência, o adesivo

aplicado tem “oportunidade de trabalhar” em plenitude, pois em toda a área da junta é

aplicada a mesma tensão, dado que não há deformação dos substratos. Os provetes

rompem logo após atingirem a tensão de cedência do adesivo. Pode concluir-se dos

primeiros resultados que em juntas realizadas com substratos deste tipo e quando se

pretendem forças de ruptura superiores o aumento do comprimento de sobreposição é

um muito bom método.

O ensaio com o provete de junta curta em aço macio tem um comportamento

algo idêntico ao provete DC, rompendo sem que o substrato tenha cedido

significativamente, embora para um valor de força consideravelmente menor.

No provete que contém a junta longa em aço macio, verifica-se que o substrato

cede plasticamente ao atingir a tensão de cedência e continua a alongar no regime

plástico. Ao deformar, introduz novas tensões de corte e também de arrancamento na

junta. Este facto acaba por resultar em zonas de concentração de tensões e

inevitavelmente leva à ruptura da junta. No que respeita à rotura, o aumento da

sobreposição tem significado, já relativamente à cedência, do aumento deste

comprimento não resulta qualquer melhoria.

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