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
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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
Ensaio Experimental 25278 -
Cedência generalizada 22375 11%
Cedência dos substratos 55000 118%
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
Ensaio Experimental 5814 -
Cedência generalizada 5594 4%
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
Ensaio Experimental 11454 -
Cedência generalizada 22375 95%
Cedência dos substratos 9250 19%
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.