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Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo de tensões e modos de falha no desenvolvimento de adesivos nanomodificados e juntas coladas
Authors: Almir Silva Neto
First Advisor: Antonio Ferreira Avila
First Referee: Fernando Castro de Oliveira
Second Referee: Elaine Carballo Siqueira Corrêa
Third Referee: Leandro Soares de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee4: Haroldo Beria Campos
metadata.dc.contributor.referee5: Claysson Bruno Santos Vimieiro
Abstract: Até bem pouco tempo atrás, a utilização de materiais compósitos de alto desempenho estava restrita a poucas indústrias de alta tecnologia, principalmente por razões finan-ceiras. No entanto, com o desenvolvimento tecnológico dos processos de fabricação e a entrada definitiva dos robôs industriais nas fábricas, essa realidade está mudando. O uso de métodos convencionais para a união de materiais compósitos não é indi-cado. A natureza não isotrópica desses materiais potencializa os efeitos negativos introduzidos pelos concentradores de tensão oriundos de furos e cortes para a intro-dução de parafusos, rebites, entre outros. Pensando nesse problema é que as juntas coladas são estudadas para a aplicação em projetos de estruturas formadas pela união de suas partes. O presente trabalho relaciona as tensões nos adesivos nano-modificados de juntas single-lap, com e sem envelhecimento por UV, com as suas resistências. Os adesivos criados apresentaram um aumento de até 4,1% no módulo de elasticidade e 2,5% na dureza em relação ao adesivo não modificado. As juntas coladas com os novos adesivos tiveram um aumento de resistência de 6%. O efeito da degradação UV no adesivo foi avaliado via FTIR. Uma relação entre as tensões envolvidas em adesivos nanomodificados usados em juntas single-lap e a exposição à radiação ultravioleta foi estabelecida. Tal relação envolve a variação do gradiente de tensões na direção da espessura de adesivos com diferentes concentrações de grafeno (cujo aumento observado foi de até 16,7%) e os modos de falha oriundos dos ensaios destrutivos (que teve predominância de modos de falha misto com a preva-lência de falhas coesivas). É proposta, então, um método de projeto que aumenta a capacidade de carga da junta colada pela combinação de duas técnicas já estabele-cidas. A eficácia do método foi verificada por simulação numérica via elementos fini-tos. Um aumento na rigidez à rotação da junta, medido na redução do ângulo de rota-ção em 14,8%, leva à diminuição das tensões observadas no adesivo e ao conse-quente aumento de resistência.
Abstract: Until recently, the use of high performance composite materials was restricted to a few high-tech industries, mainly for financial reasons. However, with the technological de-velopment of manufacturing processes and the factories access to industrial robots, this reality is changing. The use of conventional methods for joining composite materi-als is not indicated. The non-isotropic nature of these materials enhances the negative effects introduced by stress concentrators derived by holes and cuts for using bolts, rivets, among others. To adequately tackle this problem, adhesive joints are studied for use in the design of structures that are assembled by joining parts. This work relates nanomodified adhesive stresses on single-lap joints, with and without UV aging, with their respective strengths. The newly made adhesives showed an increase of up to 4.1% in Youngs module and 2.5% in hardness compared to the unmodified adhesive. Joints bonded with the modified adhesives had a 6% increase in resistance. UV deg-radation effects in the adhesive was evaluated by FTIR. A relationship between the stresses in the nanomodified adhesives used in single-lap joints and exposure to ul-traviolet radiation was established. This relationship is established between the stress gradient variation in thickness direction of adhesives with different concentrations of graphene (the observed increase was up to 16.7%) and failure modes coming from destructive testing (which predominated mixed failure modes with the prevalence of cohesive failure). Therefore, a design method that increases joints load capacity by combining two established techniques was proposed. The efficacy of the method was verified by finite element analysis. An increase in the rotational stiffness of the joint, measured by the reduction of the rotation angle in 14.8%, leads to stress reliefs in the adhesive and the consequent increase in resistance.
Subject: Materiais compostos
Adesivos
Juntas (Engenharia)
Engenharia mecânica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AC3L4A
Issue Date: 31-May-2016
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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