Validação de modelo de elementos finitos para análise de juntas coladas como alternativa às análises experimentais
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Alexandre Queiroz Bracarense
Almir Silva Neto
Rudolf Huebner
Almir Silva Neto
Rudolf Huebner
Resumo
As juntas coladas são cada vez mais utilizadas como alternativa aos métodos de fixação
tradicionais. Porém, uma das principais desvantagens desse tipo de fixação é relacionado à
dificuldade na realização de análises experimentais devido ao custo e o tempo desprendido.
Nesse sentido, o presente trabalho propõe a validação de uma metodologia para realizar
análise de juntas coladas por elementos finitos. Para isso, o trabalho foi realizado em duas
etapas. A primeira, para validação do método, onde utilizou-se como base modelos teóricos
existentes e foram obtidos resultados com uma variação de apenas 0, 34% em relação ao
modelo de base, mostrando que o script utilizado funcionava de maneira adequada. Ainda
nesta etapa, considerando a grande possibilidade da existência de algum tipo de dano
durante a fabricação da junta colada, o script foi testado para uma junta com dano para se
obter um aumento da tensão máxima de Von Mises na região da falha. Como resultado, foi
obtido um aumento de 38%, mostrando, mais uma vez, a eficácia do modelo. Na segunda
etapa, foi aplicado o script ao modelo de uma junta colada real, onde foi feito um estudo
comparativo com resultados obtidos experimentalmente. Foram utilizados dois modelos,
um com substrato de alumínio e um segundo com substrato de fibra de carbono. Além
dessa condição, foram também analisadas amostras acrescidas de grafeno e submetidas a
envelhecidos através de exposição à luz UV. Os resultados mostraram compatibilidade
com os resultados experimentais por meio de duas análises. A primeira mostrou que,
assim como nos resultados experimentais, as amostras que utilizaram fibra de carbono
conseguiram suportar uma carga de aproximadamente 9% a mais do que as amostras que
utilizaram substrato de alumínio. Já a segunda análise observou o comportamento das
amostras que utilizaram grafeno e que foram submetidas a um envelhecimento por luz UV
em comparação às amostras padrão, sem grafeno e sem envelhecimento. Como conclusão
desta etapa, foram analisadas as distribuições de tensão das juntas obtidas através da
análise de elementos finitos, onde foi possível observar que a região crítica da falha está
compatível com a solução analítica, ou seja, se encontra na região de singularidade.
Abstract
Bonded joints are increasingly used as an alternative to traditional fastening methods.
However, one of its main disadvantages is the experimental analysis due to cost and
required time. This work aims to validate a methodology to perform finite element analysis
of bonded joints. For this purpose, this work was carried out in two stages. The first
one to validate the method used the existing theoretical models as a reference and
obtained the results with a slight variation of 0.34%, demonstrating that the script worked
properly. Additionally, considering that damages in bonded joints are very likely during
its manufacturing, the script was tested for a damaged bonded joint to obtain an increase
in the maximum Von Mises stress in the region of the failure. As a result, an increase of
38% was obtained, demonstrating again the effectiveness of the model. In the second stage,
the script was applied to the model of an actual bonded joint, where a comparative study
was carried out concerning the results obtained experimentally. Two models were used,
one with an aluminum substrate and one with a carbon fiber substrate, both aged or not
through exposure to UV light and with or without graphene. The results demonstrated
compatibility with the experimental results, based on two analyses. The first one proved
that the samples that used carbon fiber could withstand a load of approximately 9% more
than the samples that used aluminum substrate, results that are compatible with the ones
obtained experimentally. The second analysis studied the behavior of samples that used
graphene and were aged through exposure to UV light, compared to standard samples,
without graphene and aging. As a conclusion, the stress distributions of the joints obtained
through the analysis of finite elements were analyzed, where it was possible to observe
that the critical region of the failure is compatible with the analytical solution, i.e., it is in
the region of singularity.
Assunto
Engenharia mecânica, Juntas (Engenharia), Método dos elementos finitos, Compósitos
Palavras-chave
Junta colada, Compósitos, Elementos finitos