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With the increasing demand for composite materials by the industry, the adhesive joints emer ge as an attractive alternative to traditional mechanical joints. The latter require as a preliminary step, the drilling of the laminates with consequent damage to the fibres, increasing the weight of the structure and facilitating the development of galvanic corrosion, among other problems. Currently, there are adhesives with excellent mechanical properties and wide temperature ranges, designed for such applications.
This PhD Thesis focused, essentially, on the study of the local stress state of a bimaterial corner which typically appears in double lap joints with two plates made of a carbon fibre laminate and one plate of aluminium. To narrow the scope of the methodology to be applied, initially several important aspects of the problem were analyzed. In particular, the three-dimensional elastic study of such joint, followed by a two-dimensional elastoplastic analysis, the inclusion of the influence of curing temperature and comparative analysis of two manufacturing processes were carried out.
This work culminated with the proposition of a failure criterion based on critical values of generalized fracture toughness for multimaterial corners, with the development and accomplishment of a test method for determination of these values. Such testing methodology was inspired by the well-known Brazilian Test. Finally, the analyses of these new specimens under fatigue loading allowed the reduction of the load levels, the possible local effects of yielding and permitted the development of the knowledge of the stress state as well as the failure of the corner under study.
The proposed failure criterion has been experimentally evaluated with specimens of real adhesive joints, giving an excellent agreement.
Con la creciente demanda de los materiales compuestos por parte de la industria, las uniones adhesivas se destacan como una atractiva alternativa frente a las tradicionales uniones mecánicas, que exigen como paso previo, el taladro de los laminados con el consiguiente daño a las fibras, incrementan el peso de la estructura, facilitan la aparición de la corrosión por par galvánico, entre otros inconvenientes. Actualmente existen en el mercado adhesivos con excelentes propiedades mecánicas y en rangos de temperatura amplios, pensados para este tipo de aplicaciones.
La presente Tesis Doctoral se centró, básicamente, en el estudio del estado tensional local de una esquina bimaterial que típicamente aparece en las uniones adhesivas de doble solape con placas hechas de un laminado de fibra de carbono y una placa de aluminio. Para acotar el alcance de la metodología a aplicar, inicialmente se analizaron varios aspectos importantes del problema. En particular, se llevó a cabo un estudio elástico tridimensional de dicha unión, seguido de un análisis elastoplástico bidimensional, inclusión de la influencia de la temperatura de curado y del análisis comparativo de dos procesos de fabricación.
Este trabajo culminó con la proposición de un criterio de fallo basado en valores críticos de tenacidad a fractura generalizada para esquinas multimateriales, junto con el desarrollo y realización de un método de ensayo para la determinación de estos valores. Dicha metodología de ensayo fue inspirada en el bien conocido Ensayo Brasileño. Finalmente, los análisis de estos nuevos especimenes con cargas a fatiga permitieron disminuir los niveles de carga, los posibles efectos locales de la plastificación y permitieron ampliar el conocimiento del estado tensional así como del fallo de la esquina bajo estudio.
El criterio de fallo propuesto se ha evaluado experimentalmente con especimenes de uniones adhesivas reales, dando un acuerdo excelente. |
