Comportamento à fadiga de juntas coladas em madeira

Data
2017-08-17
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Resumo
A construção de estruturas em madeira tem interesse do ponto de vista da engenharia, por forma a responder a preocupações relacionadas com a economia de recursos. A madeira é um material heterogéneo e ortotrópico, que resulta da transformação da árvore, e durante o seu ciclo de vida contribui para um essencial equilíbrio ambiental. Dada a sua estrutura heterogénea e ortotrópica, devido a fatores relacionados com o seu crescimento, é importante conhecer de forma aprofundada as propriedades físicas e mecânicas da madeira, de modo a prever com rigor a resposta do seu comportamento mecânico nas suas diversas aplicações. Nesta dissertação é estudado o comportamento à fadiga de madeira de Pinus pinaster, utilizando dois tipos de adesivos diferentes, um epóxido e um poliuretano. São utilizados provetes solicitados em modo I, com a configuração Double Cantilever Beam (DCB). Realizam-se ensaios monotónicos com controlo de deslocamento, para obter a resistência estática das ligações e a partir daí estabelecer os carregamentos de fadiga. Foi aplicado o método de calibração experimental da flexibilidade em conjunto com a relação de Irwin-Kies, para identificar as curvas de resistência (que relacionam a taxa de libertação de energia com o comprimento de fenda) e as taxas críticas de libertação de energia. Adicionalmente, os ensaios foram simulados usando o Método dos Elementos Finitos com elementos de dano coesivo, tendo sido possível, com uma lei de dano coesivo linear, estimar de forma satisfatória a resposta experimental carga-deslocamento. As ligações com adesivo epóxido revelaram valores ligeiramente superiores de energia de fratura crítica média. No entanto, tendo em conta as dispersões observadas, tais valores não serão estatisticamente diferentes. Também foram realizados ensaios de propagação de fendas de fadiga em modo I para os dois adesivos estudados. Estes ensaios foram analisados recorrendo mais uma vez ao método de calibração experimental de flexibilidade e correlacionados com a relação de Paris. De um modo geral observou-se uma elevada dispersão nos resultados de fadiga, mas mais acentuada nas ligações coladas com adesivo epóxido. Foi observada maior resistência à propagação de fendas de fadiga para as ligações coladas com resina epóxi.
The construction of wooden structures has been gaining interest from the point of view of engineering, in order to address concerns about resources shortage. Wood is a heterogeneous and orthotropic material, which results from the transformation of the tree, and is a material that, during its life-cycle, allows essential and sustainable environment balance. Given its heterogeneous and orthotropic structure of wood, caused by factors influencing its growth, it is important to know its physical and mechanical properties in depth, anticipating the mechanical response for various applications. Throughout this dissertation, the fatigue behavior of Pinus pinaster is studied, using two different types of adhesives, an epoxy and polyurethane. Samples loaded under mode I, based on a Double Cantilever Beam (DCB) specimen configuration, are used. Monotonic tests with displacement control are made, in order to obtain, the static resistance and then the reference loads for the fatigue tests. The experimental compliance calibration method was applied, together with the Irwin-Kies, equation, in order to estimate the resistance curves, which relate the energy release rate with the crack length, resulting the critical energy release rates. Additionally, monotonic tests were simulated using the Finite Element Method and cohesive damage elements. Using a linear damage model it was possible to satisfactorily estimate the experimental load-displacement relations. The adhesive joints with epoxy resin exhibited slightly higher critical strain energy release rates. However, taking into account the scatter in the experimental results, the average critical fracture energies are not significantly different. Fatigue crack propagation tests were also performed under mode I crack propagation for both investigated adhesives. These tests were analyzed using the experimental compliance calibration method and correlated using the Paris law. In a general way, it was observed a higher scatter in the fatigue results, with higher value for the epoxy resin. The fatigue crack propagation resistance was higher for the adhesive joints made of epoxy resin.
Descrição
Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
Palavras-chave
Madeira , Pinus pinaster , Adesivos , Comportamento mecânico
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