Universitat de Girona > Anàlisi del creixement del cremallera en unions adherides en el mode I de càrrega
Anar al contingut (clic a Intro)
UdG Home UdG Home
Tancar
Menú

Anàlisi del creixement del cremallera en unions adherides en el mode I de càrrega

Tesi doctoral d'Edwin Meulman: "Analysis of Creep Crack Growth in Adhesively Bonded Joints under Mode I Loading". Direcció: Dr. Jordi Renart Canalias. Departament d'Enginyeria Mecànica i de la Construcció Industrial

Les unions adhesives tenen un gran potencial per a substituir les unions mecàniques tradicionals, permetent obtenir estructures contínues i reduint-ne el pes. En una unió adhesiva, les tensions es reparteixen en una àrea més gran i es poden unir materials dissimilars amb diferents coeficients d'expansió tèrmica. Aquests avantatges tenen un alt valor en indústries com la de l'automoció i l'aeronàutica, on disposar de dissenys més lleugers i aerodinàmics permet reduir el consum de combustible i els costos d'operació.
Actualment, els dissenys estructurals han de ser duradors. Per tant, és crucial comprendre el rendiment de les unions adhesives a llarg termini per crear-ne de més duradores i establir protocols de manteniment adequats. Un aspecte vital per tal que el disseny d'una unió adhesiva sigui duradora és la predicció del creixement d'esquerdes degudes a la fluència del material i quin efecte té en la integritat estructural. El creixement d'esquerdes degudes a la fluència del material és un dels factors que tenen un efecte important en la vida de la unió adhesiva. Això no obstant, fins ara s'han desenvolupat molt poques eines numèriques i mètodes d'assaig per analitzar la fractura d'unions adhesives per fluència.
En aquest treball s'ha desenvolupat un mètode per obtenir la velocitat de creixement d'esquerda (da⁄dt) en funció de l'energia disponible per a la fractura (G). El mètode utilitzat és un assaig de propagació d'esquerda mitjançant una falca, ja que s'ha observat que aquest assaig és un bon candidat per aconseguir corbes de creixement d'esquerda en assaigs de fluència en mode. I d'unions adhesives. No obstant, cal tenir en compte la fricció entre la falca i la mostra i reduir-la al mínim. Per fer-ho, es proposa utilitzar un rodament de baixa fricció com a falca. A aquest assaig se l'ha anomenat assaig d'avanç de falca amb rodaments forçat, en anglès "roller wedge driven test" i que porta per sigles RWD. Els resultats de l'assaig s'han comparat amb els del mètode estàndard de doble biga en voladís ("double cantilever beam") o DCB. Els resultats han demostrat que la fricció del rodament és significativament menor en comparació amb l'obtingut amb una falca que llisqui directament sobre la superfície de l'adherent, tot i que no es pot ignorar completament l'efecte de la fricció en els resultats.
A partir de l'utillatge de falca amb rodaments ("roller wedge driven", RWD) s'ha desenvolupat un assaig de propagació d'esquerda per càrregues de fluència ("roller wedge driven creep, RWDC). La falca amb rodaments està carregada amb un pes mort, de manera que s'aplica una energia disponible per a la fractura constant a la punta de l'esquerda de la unió adhesiva. Al repetir l'assaig per diversos nivells de càrrega, i per tant diferents nivells d'energia disponible per a la fractura, s'obtenen diferents valors de velocitat de creixement de l'esquerda. Al representar els resultats en una escala logarítmica s'obtindran corbes de creixement d'esquerda que es poden descriure amb una expressió similar a la llei de París. Aquest model de creixement d'esquerdes per fluència ("creep crack growth model", CCGM) s'aconsegueix a partir dels resultats dels assajos RWDC. El model s'ha validat amb resultats d'un altre assaig alternatiu de fluència, l'assaig de doble biga en voladís amb proveta de secció variable, ("tappered double cantilever beam", TDCB). S'han obtingut resultats similars per a ambdós mètodes d'assaig, RWDC i TDCB, el que indica que el model proposat descriu correctament la relació entre la taxa d'alliberament d'energia aplicada i la taxa de creixement d'esquerda per fluència.
Es demostra que el model de creixement d'esquerda per càrregues a fluència es pot implementar en un model d'elements finits ("finite element method", FEM) comercial. Per validar la implementació del model s'ha creat un assaig TDCB virtual en el programa Abaqus, i s'ha fet servir la corba de creixement d'esquerda aconseguida dels resultats de l'assaig RWDC. La propagació de l'esquerda s'ha simulat mitjançant el mòdul Direct Cyclic (DC) i el mètode VCCT ("virtual crack closure technique"). Els resultats del model d'elements finits concorden amb les evidències experimentals, i per tant indiquen que el creixement d'esquerda segueix el model de CCGM, i que ho fa independentment de la geometria de la proveta. Cal esmentar, que el mòdul DC no està dissenyat per a la simulació de fractura degut a càrregues de fluència i que té algunes petites limitacions pràctiques que probablement es podrien modificar mitjançant la utilització d'una subrutina d'usuari específica.
Pel disseny d'unions adhesives duradores, si es tenen en compte únicament les dades dels assaigs quasiestàtics s'obtindrà amb tota probabilitat una sobreestimació de la durabilitat de la junta. Per tant, és imprescindible realitzar assaigs de fluència per a poder determinar amb exactitud la durabilitat de la unió. Per al disseny durador d'unions adhesives més complexes cal utilitzar eines numèriques, i per tant cal desenvolupar models de creixement d'esquerda amb dades de fluència precises i fiables.

Lectura de la tesi: 06/10/23, Sala d'Actes de l'Escola Politècnica Superior I (informació extreta de l’Agenda activitats de la web Escola de Doctorat)

Notícies relacionades

Escull quins tipus de galetes acceptes que el web de la Universitat de Girona pugui guardar en el teu navegador.

Les imprescindibles per facilitar la vostra connexió. No hi ha opció d'inhabilitar-les, atès que són les necessàries pel funcionament del lloc web.

Permeten recordar les vostres opcions (per exemple llengua o regió des de la qual accediu), per tal de proporcionar-vos serveis avançats.

Proporcionen informació estadística i permeten millorar els serveis. Utilitzem cookies de Google Analytics que podeu desactivar instal·lant-vos aquest plugin.

Per a oferir continguts publicitaris relacionats amb els interessos de l'usuari, bé directament, bé per mitjà de tercers (“adservers”). Cal activar-les si vols veure els vídeos de Youtube incrustats en el web de la Universitat de Girona.