Geometria dos provetes

Com o presente estudo pretende-se investigar o comportamento à fadiga de ligações coladas de peças de alumínio recorrendo a ensaios de fadiga em modo I e modo II puros. Adicionalmente pretende-se estudar o comportamento de uma ligação colada representativa de uma ligação comum em estruturas. Neste sentido optou-se por utilizar provetes Double

Cantilever Beam (DCB) para o estudo envolvendo propagação de fendas em modo I, provetes End Notched Flexure (ENF) para o estudo envolvendo propagação de fendas em modo II e

provetes Double Lap Joint (DLJ), sendo este provete representativo de uma junta colada com interesse prático.

O material disponível para o fabrico dos provetes apresentava dimensões limitadas não permitindo a utilização de provetes com as dimensões recomendadas na literatura para provetes de Mecânica da Fratura, em particular no que se refere à validade da teoria clássica de flexão de vigas para provetes DCB.

A espessura do adesivo (ea) é um parâmetro muito importante no comportamento à

fadiga de uma ligação colada. Esta influência foi estudada por Jen e Ko [6], Mazumdar e Mallick [7] e Azari et al. [7, 8]. Neste estudo optou-se pela mesma espessura de adesivo para os três tipos de provetes, nomeadamente 0,2 milímetros, considerando-se uma espessura ótima visando a maximização da resistência das ligações.

3.3.1 Provetes DCB

As dimensões dos provetes DCB foram definidas em função do material disponível, daí que as dimensões escolhidas não sejam normalizadas, não implicando este facto na validade dos resultados obtidos mas apenas no processo de tratamento dos resultados experimentais. Na Figura 3.4 apresenta-se o desenho técnico do provete DCB usado neste estudo. O provete foi dotado de um sistema de furação envolvendo 3 pares de furos, possibilitando distintos comprimentos nominais de fenda inicial (ai =a0=45 mm; a1=72,5 mm

e a2=100 mm). Estes conjuntos de furos possibilitam a obtenção experimental da relação entre

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Figura 3.4 – Desenho técnico do provete DCB.

3.3.2 Provetes ENF

As dimensões globais escolhidas para os provetes ENF foram idênticas às dimensões dos provetes DCB, com o intuito de se reaproveitar os substratos dos provetes DCB para o fabrico dos provetes ENF, uma vez que o material disponível não era suficiente para se produzir um número razoável de provetes deste tipo. Este reaproveitamento foi validado depois de se verificar que os provetes DCB não apresentavam qualquer empeno ou deformação permanente pós-ensaios.

Não existe uma normalização para provetes ENF, embora se necessite de certas relações entre as diversas dimensões para que se possa analisar os resultados dos ensaios experimentais por alguns modelos analíticos existentes na literatura. O ensaio de provetes ENF levanta, por vezes, alguns problemas devido à fricção entre as faces da fenda observada na extremidade do provete, podendo inviabilizar os resultados destes ensaios. Este problema é mais acentuado quando o comprimento da linha de adesivo é muito curto, obrigando a maiores cargas aplicadas para existir uma propagação de fenda. Maiores cargas também podem conduzir ao empenamento do material do provete, invalidando automaticamente esse ensaio. Ponderando os problemas referidos e porque é objetivo deste trabalho o estudo da propagação de fenda à fadiga, optou-se por produzir duas séries de provetes variando o comprimento da linha de adesivo, tal como se ilustra na Figura 3.5. Na Figura 3.5a) estão representados os provetes com maior comprimento de colagem e na Figura 3.5b) estão representados os provetes com menor comprimento de colagem. Os provetes da Figura 3.5a) foram ensaiados com a configuração de apoios ilustrada na Figura 3.6a). Do mesmo modo, os provetes da Figura 3.5b) foram ensaiados com a configuração de apoios ilustrada na Figura

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3.6b). Em ambas as montagens resultou o mesmo comprimento de fenda inicial teórico, a0,

igual a 45 mm, que em relação à metade do vão do ensaio (L) representa valores de a0=0,5454L e a0=0,4225L, para as séries representadas nas Figuras 3.6a) e 3.6b),

respetivamente. Nestes ensaios é de esperar que as fendas propagem até atingir a zona de influência do ponto de aplicação da carga que por efeito de compressão tende a parar a propagação da fenda. Assim, as duas séries de ensaios vão possibilitar comprimentos de propagação de fenda distintos.

Os provetes testados com a configuração da Figura 3.6a) são referidos de provetes da série Vm, que corresponde ao menor vão e a um menor comprimento da linha de adesivo. Os

provetes testados com a configuração da Figura 3.6b) são referidos de provetes da série VM e

correspondem ao maior vão e a um maior comprimento da linha de adesivo.

Os apoios dos provetes das séries Vm e VM foram colocados a 47 mm e 23 mm das

extremidades destes, respetivamente, resultando um comprimento inicial de fenda de 45 mm como atrás referido.

Figura 3.5 – Provetes ENF com mesmas dimensões globais dos provetes DCB: a) Vm - menor comprimento de

vão; b) VM - maior comprimento de vão.

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Figura 3.6 – Esquema de montagem dos provetes ENF nos ensaios de flexão em 3 pontos: a) série Vm; b) série

VM.

3.3.3 Juntas DLJ

As juntas DLJ foram obtidas a partir do material disponível após a conceção dos substratos dos provetes DCB e ENF (ver Figura 3.7). O valor arbitrado para o seu comprimento (370 mm) foi o maior possível, com o objetivo de se obter um comprimento suficiente entre os encastramentos que permitisse assim uma maior flexibilidade à ligação, que facilita o ajustamento de ligeiros desalinhamentos que derivem da colagem. O comprimento da linha de adesivo (30 mm) foi definido e validado através do estudo analítico para a carga máxima de tração (Pmáx) suportada pelas duas áreas de adesivo do provete -

Equação (3.3) – em comparação com a carga máxima suportada pelo substrato de alumínio mais solicitado. Com os valores das tensões de cedência (ced), presentes nas Tabela 3.2 e 3.3,

e as dimensões dos provetes, apresentadas na Figura 3.7, calculou-se os valores máximos de tração suportados, onde se verificou que a carga necessária para a cedência do adesivo (21600 N) é inferior à do substrato de alumínio (29808 N), não existindo risco de cedência deste.

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Figura 3.7 – Desenho técnico da junta DLJ.