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

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Tipo do documento:	Tese
Título:	Desenvolvimento de modelos de dano coesivo modificados para juntas coladas submetidas a fluência em modo II
Título(s) alternativo(s):	Development of modified cohesive zone models for bonded joints submitted to creep in mode II
Autor:	Carneiro Neto, Ranulfo Martins
Primeiro orientador:	Assis, Joaquim Teixeira de
Primeiro membro da banca:	Barros, Silvio Romero de
Segundo membro da banca:	Knupp, Diego Campos
Terceiro membro da banca:	Banea, Doina Mariana
Quarto membro da banca:	Sampaio, Eduardo Martins
Resumo:	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.
Abstract:	Polymeric adhesives present viscous behavior when submitted to constant loads, resulting in permanent deformation of these materials. The creep has significantly influence on the cohesive and mechanical properties of bonded joints, however these changes are not taken into account on the numerical models available in literature that aim to simulate the mechanical behavior of bonded joints. The cohesive zone models (CZM) are widely applied in the modelling of bonded joints in static conditions, but there is no CZM applied to the creep phenomena. The cohesive properties are considered constants in CZM, what is not valid for creep. The main goal of this thesis is to develop a cohesive zone model that simulate the creep in end notched flexure (ENF) joints properly, taking the variation of the cohesive properties into account. Both creep time and creep load were evaluated in samples from the ENF test, which is extensively used to obtain the critical fracture energy in mode II (shear). In addition to the usual tests that aim to calculate the reference values of maximum load and critical fracture energy, creep and post creep tests were performed. The creep tests were carried out in two steps: i) with pre-defined creep times and creep loads, ii) creep load applied until the failure occurs. The post creep test aimed to measure the change in cohesive properties in relation to the reference values. The results showed that both maximum load and fracture energy are changed due to creep effect when compared to the values obtained in static conditions. A considerably increase was observed in some cases, therefore, there is the opportunity to increase the strength of adhesive joints when they are pre-creep loaded in controlled conditions. In order to consider the experimental evidences in the numerical models, two functions of two variables (time and load) were proposed aiming to calculate the residual fracture energy values for each time increment in the numerical simulation. Linear and non-linear regressions were carried out aiming to obtain the functions parameters. After the validation of the functions, they were implemented in Fortran language, describing this way the material constitutive behavior. Thus, the numerical modelling of creep in ENF joints was performed using a user material (UMAT) subroutine associated to the finite element program Abaqus, and so the cohesive zone models to simulate creep in bonded joints were developed, which was the main contribution of this thesis. The modified model proposed took both fracture energy change and shear strength degradation into account. A good agreement between numerical and experimental results was obtained, demonstrating the potential of the cohesive zone models developed to simulate creep in bonded joints.
Palavras-chave:	Bonded joints Numerical modelling Creep Cohesive zone models Juntas coladas Modelagem numérica Fluência Modelos de dano coesivo Métodos e simulação Jutas (Engenharia) Adesivos
Área(s) do CNPq:	ENGENHARIAS
Idioma:	por
País:	Brasil
Instituição:	Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Sigla da instituição:	UERJ
Departamento:	Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico
Programa:	Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
Citação:	CARNEIRO NETO, Ranulfo Martins. Desenvolvimento de modelos de dano coesivo modificados para juntas coladas submetidas a fluência em modo II. 2022. 103 f. Tese (Doutorado em Modelagem Computacional) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Nova Friburgo, 2022.
Tipo de acesso:	Acesso Aberto
URI:	http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17922
Data de defesa:	18-Mai-2022
Aparece nas coleções:	Doutorado em Modelagem Computacional

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