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Fluid and Structures Engineering, UNIDEMINOVA University of Lisbon, Portugal. E-mail: hb@fct.unl.pt
Ligações coladas entre compósitos de FRP eoutros materiais estruturais
Estudo experimental vs. teórico
Hugo C. Biscaia
Tertúlias sobre experimentação 8 Maio 2019 | Escola Superior de Tecnologia de Setúbal
2
» Introdução(i) Objectivos da apresentação; (ii) Breve contexto da investigação; (iii) Técnicas convencionais de colagem;
(iv) Tipos de ligações; (v) Algumas soluções de amarração; e (vi) Exemplo prático na indústria automóvel.
» Compósitos de FRP, Adesivos e Outros Materiais Estruturais(i) Compósitos de FRP (CFRP, GFRP, AFRP); (ii) Adesivos; e (iii) Exemplos de materiais estruturais.
» Avaliação experimental da aderência(i) Ligação rígida vs. Ligação não rígida; (ii) Modos de fractura; (iii) Idealização da ligação não rígida; (iv)
Esquemas de ensaio para avaliar a aderência; (v) Diferentes factores que influenciam a ligação FRP/substrato; (vi)Determinação da Curva Extensão vs. Deslizamento; (vii) Determinação da relação Tensão de Aderência vs.Deslizamento; (viii) Distribuição das extensões no FRP ao longo do comprimento de colagem; (ix) Outras formasde determinação da lei local de aderência; (x) O comprimento efectivo; e (xi) Influência da temperatura.
» Modelação(i) Tipos de modelação; (ii) Exemplo (Modelos orientados para o dimensionamento); (iii) Simulação do
descolamento duma ligação colada FRP/substrato; (iv) Melhorando a performance da ligação CFRP/madeiraatravés da instalação de ancoragem mecânica.
» (Breves) Conclusões gerais & trabalhos futurosTertúlias sobre experimentação8 Maio 2019, Instituto Politécnico de Setúbal, Portugal
LIGAÇÕES COLADAS ENTRE COMPÓSITOS DE FRP E OUTROS MATERIAIS ESTRUTURAIS» ESTUDO EXPERIMENTAL VS. TEÓRICOIntrodução | Compósitos de FRP, Adesivos e Outros Materiais Estruturais | Avaliação experimental da aderência | Modelação | (Breves) Conclusões gerais
ÍNDICE
3Tertúlias sobre experimentação8 Maio 2019, Instituto Politécnico de Setúbal, Portugal
LIGAÇÕES COLADAS ENTRE COMPÓSITOS DE FRP E OUTROS MATERIAIS ESTRUTURAIS» ESTUDO EXPERIMENTAL VS. TEÓRICOIntrodução | Compósitos de FRP, Adesivos e Outros Materiais Estruturais | Avaliação experimental da aderência | Modelação | (Breves) Conclusões gerais
Objectivos da apresentação
1. Mostrar os diferentes tipos de ligações coladas bem como as suas vantagens edesvantagens;
2. Sugerir formas para colmatar algumas das desvantagens das ligações coladas;
3. Mostrar formas de avaliar, pela via experimental, a aderência entre dois materiaiscolados, mais concretamente entre um compósito de FRP e um outro material estrutural;
4. Identificar o comprimento efectivo de uma ligação colada;
5. Perceber a influência da temperatura na ligação colada;
6. Apresentar alguns desafios futuros.
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Da literatura verifica-se que os compósitos de FRP (Fiber Reinforced Polymers) têm sidoutilizados na construção ou reparação de diversos elementos estruturais em diversas áreasda indústria, e.g. automóvel, eólicas, naval, construção civil ou aeronáutica.
Do sítio da internet do Scopus:“FRP+bond+concrete” – 1788 documentos;“FRP+bond+steel” – 770 documentos;“FRP+bond+timber/wood” – 117 documentos;“FRP+bond+masonry” – 263 documentos;“FRP+bond+aluminium” – 30 documentos.
Principais vantagens de recorrer aos compósitos de FRP (quando comparados com outrosmateriais tradicionais como o aço):(i) relação resistência/peso ou relação rigidez/peso;(ii) a sua inerente resistência à corrosão;(iii) excelente performance quando sujeitos a efeitos de fadiga ou de durabilidade;(iv) elimina a concentração de tensões.
Breve contexto da investigação
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Breve contexto da investigação
In http://www.eurekamagazine.co.uk/design-engineering-features/technology/instant-fix-with-hidden-costs/88085/
Concentração de tensões: Colagem vs. Fixação mecânica (e.g. parafuso).
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Breve contexto da investigação
In https://www.carbon-composites.eu/media/2997/ccev-avk-market-report-2017.pdf
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Desvantagens importantes:(i) a utilização da capacidade mecânica dos compósitos de FRP é fortemente limitada peloseu descolamento prematuro do substrato, isto é, o descolamento do FRP ocorre quando aextensão máxima nele instalada está ainda muito longe do seu valor de ruptura;(ii) susceptibilidade às variações (positivas) de temperatura;(iii) falta de ductilidade do FRP.
Possíveis soluções (em alternativa à técnica EBR, Externally Bonded Reinforcement):EBRIG, EBROG, NSM, CREatE, aumentar a largura do compósito, usar fixaçõesadicionais de FRP, usar buchas, recorrer a ancoragens mecânicas (chapas de aço),melhorar os adesivos existentes, etc.
Desafio: eliminar o descolamento prematuro do compósito de FRP do substrato mediantequalquer acção a que a ligação esteja sujeita.
Breve contexto da investigação
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Técnicas convencionais de colagem
dx
σ
σ + dσ
τ
τ
dxσ + dσ
σ
dx
σ
σ + dσ
τ
dx
τσ
σ + dσ
Externally Bonded Reinforcement (EBR):colagem do FRP pelo exterior do betão.
Near Surface Mounted (NSM) with compositerods: colagem pelo interior do betão de varõesde FRP.
Vertical Near Surface Mounted (VNSM): colagempelo interior do betão de laminados de FRP. Acolocação do FRP faz-se pela maior inércia.
Horizontal Near Surface Mounted (HNSM):colagem pelo interior do betão de laminados deFRP. A colocação do FRP faz-se pela menorinércia.
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Tipos de ligações » Da literatura…
In https://www.google.com (search for: bonded joints)
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Tipos de ligações
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In https://www.lord.com/products-and-solutions/adhesives/automotive-assembly-adhesives-joint-design-guidelines
Tipos de ligações » (Ainda) Da literatura…
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Algumas soluções de amarração
1 3 55
664 1
(b)
1 3 22 1 4
(a)
1 31 4
(e)
77
1 3 6 868 1
(f)
1 23
(c)
2 1 4
1 23
(d)
2 1 4
1 31 9
(g)
9
16
(h)
1 3 6
1 – Compósito de FRP.2 – Tecido de FRP adicional.3 – Substrato.4 – Adesivo.5 – Chapa de aço.6 – Parafuso ou bucha (metálica ou química).7 – Chapa de aço em “L” (cantoneira).8 – Cilindro de aço.9 – Fixação em FRP.
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Exemplo prático na indústria automóvel
O recurso a ligações coladas permite diminuir o peso dos automóveis, diminuindo osconsumos de combustível e, por conseguinte, diminuindo as emissões de CO2 (maisamigo do ambiente).
From the epicenter of the Lotus factory (England): “the top secret production line”. In Car SOS, S07E03
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Exemplo prático na indústria automóvel
In Car SOS, S07E03
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Compósitos de FRP » CFRP, GFRP, AFRP
Um compósito de FRP é constituído pelasfibras (e.g. carbono, vidro, aramida ououtra) e que são impregnadas numamatriz (e.g. resina epoxídica). As fibrastêm propriedades mecânicas superiores àmatriz e são responsáveis pela rigidez eresistência do compósito. Já a matriz temcomo principal função garantir atransmissão de tensões entre as fibras docompósito.
In SE Günaslan, A Karaşin and ME Öncü (2014), Properties of FRP Materials for Strengthening, International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, 1(9), 656-660
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Compósitos de FRP » CFRP, GFRP, AFRP
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Compósitos de FRP » CFRP, GFRP, AFRP
TIPO DE FIBRAMÓDULO DE
ELASTICIDADE (GPa)
TENSÃO DE ROTURA
(MPa)
EXTENSÃO MÍNIMA NA
ROTURA (%)CARBONO
Geral 220 a 235 2050 a 3790 1,2Alta resistência 220 a 235 3790 a 4825 1,4
Muito alta resistência 220 a 235 4825 a 6200 1,5Alto módulo de elasticidade 345 a 515 1725 a 3100 0,5
Muito alto módulo de elasticidade 515 a 690 1375 a 2400 0,2VIDRO
Tipo E 69 a 72 1860 a 2685 4,5Tipo S 86 a 90 3445 a 4135 5,4
Tipo AR 70 a 76 1800 a 3500 2 a 3ARAMÍDICAS
Geral 69 a 83 3445 a 4135 2,5Alta performance 110 a 124 3445 a 4135 1,6
Resinas (dois grandes grupos):
TermoplásticasCom ligações fracas com pontes de hidrogénio, não possuindo as ligações covalentes;Muito susceptíveis a variações de temperatura;Permitem a reciclagem e reutilização (com + temperatura amolecem; com – temperatura solidificam);Exemplos: o polipropileno, a poliamida, o polietileno, o polibutileno e o PVC (policloreto de vinila).
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Adesivos
TermoendurecíveisCom ligações moleculares covalentes, que lhes garante uma estrutura quimicamenteresistente;Baixa viscosidade, permitindo uma boa capacidade de impregnação nas fibras;Temperatura de transição vítrea (Tg) bastante superior à das resinas termoplásticas, i.e.menos susceptíveis a variações de temperatura do que as resinas termoplásticas.Exemplos: de poliéster, de viniléster, epoxídicas e fenólicas.
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Exemplos de materiais estruturais
Aço
Betão
Alumínio
Madeira
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Ligação rígida vs. Ligação não rígida
No exercício da engenharia, muitas vezes torna-se necessário analisar elementos estruturais constituídos por mais do que um material.
A hipótese de que a interface é rígida é bastante
confortável.(Do ponto de vista do
dimensionamento é uma solução bastante
questionável)
A hipótese de que a interface não é rígida pretende ter em
linha de conta o que acontece na realidade, i.e., considera que existem deslocamentos relativos entre os materiais
envolvidos na ligação.
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Modos de fractura
Modo I (opening ou tension mode): a interface da ligação separa-se perpendicularmenteao plano de ruptura;Modo II (sliding mode): a interface da ligação desliza no plano de ruptura proporcionandodeslocamentos relativos entre os materiais ligados;Modo III (tearing mode): a interface da ligação separa-se ainda que no plano de ruptura,perpendicularmente ao desenvolvimento da fendilhação.
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Idealização da ligação não rígida
Como definir os campos de tensões e de deslocamentos na interface?
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Esquemas de ensaio para avaliar a aderência
Ensaios de aderência que se encontram frequentemente na literatura:
ForçaLb
Força
ForçaLb
Substrato
Força
FRP
a)
e) f)
Força Lb
LbLb
Força
c)
b)
Força
d)
LbLb
Forças
g)
h)
LbLb
ForçaForça
i)
Aço
Lb
Força Força
j)
LbLb
Força
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Determinação da Curva Extensão vs. Deslizamento
ffsf
dxdu
dxdu
dxdu
dxds
Determinação das extensões, e.g.:(i) Extensómetros eléctricos;(ii) Correlação de Imagem Digital (DIC – Digital Image Correlation);(iii) Com base nas leituras das células de pressão (FRP tem comportamento elástico elinear até à rotura).
Deslizamento:Deslocamento relativo entre dois materiais, i.e.:
sf uus
Da primeira derivada de u relativamente a x obtém-se (e se se assumir ainda que asdeformações no substrato são desprezáveis):
onde uf e us são os deslocamentos do FRP e do substrato, respectivamente.
dxs f logo (resolver numericamente)
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Curva Extensão vs. Deslizamento » Ligação CFRP/betão
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Curva Extensão vs. Deslizamento » Ligação CFRP/madeira
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Curva Extensão vs. Deslizamento » Ligação CFRP/aço
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Determinação da relação Tensão de Aderência vs. Deslizamento
ii
ififff xx
tE
1
,1,
As tensões de aderência podem ser calculadas assumindo que entre duas medições consecutivasdas extensões no compósito de FRP estas se desenvolvem de forma uniforme pelo que, éimportante assumir medições entre dois pontos próximos um do outro.
Assumindo comportamento elástico dos materiais, do equilíbrio de um comprimento dx da ligaçãoobtém-se:
τ
dxσ + dσ
σ
dx
σ
σ + dσ
τ
dxd
tE fff
ou
ii
ififff xx
E
1
,1,
4
dx
dE ff
f
4ou
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Curva local de aderência, Tensão de Aderência vs. Deslizamento » Ligação CFRP/betão
0.0 0.2 0.4 0.6 0.802468
101214
D (0.55; 0.09)
C (0.19; 4.40)
B (0.06; 10.19)
A (0.02; 6.44)
Bond stress, (M
Pa)
Slip, s (mm)
C (0.19; 4.40)
06; 10.19)
Average bond‐slip curve Between strain gauges 1‐2 Between strain gauges 2‐3 Between strain gauges 3‐4 Between strain gauges 4‐5 Between strain gauges 5‐6 Between strain gauges 6‐7
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Curva local de aderência, Tensão de Aderência vs. Deslizamento » Ligação CFRP/madeira
0.0 0.2 0.4 0.6 0.802468
101214
B (0.11; 8.00)
D (0.55; 0.92)
C (0.21; 6.60)
A (0.02; 1.61)
Bond stress, (M
Pa)
Slip, s (mm)
(0.11; 8.72)
D (0.55; 0.92)
C (0.21; 6.60)
Average bond‐slip curve Between strain gauges 1‐2 Between strain gauges 2‐3 Between strain gauges 3‐4 Between strain gauges 4‐5 Between strain gauges 5‐6 Between strain gauges 6‐7
31Tertúlias sobre experimentação8 Maio 2019, Instituto Politécnico de Setúbal, Portugal
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Curva local de aderência, Tensão de Aderência vs. Deslizamento » Ligação CFRP/aço
0.0 0.2 0.4 0.6 0.802468
101214
D (0.55; 0.00)
C (0.19; 5.46)
B (0.06; 7.62)
A (0.02; 2.76)Bond stress, (M
Pa)
Slip, s (mm)
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Distribuição das extensões no FRP ao longo do comprimento de colagem
0 50 100 150 200 250 3000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Bonded length, Lb (mm)
Strains, (%
)
F567 1234
0 50 100 150 200 250 3000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Bonded length, Lb (mm)
Strains, (%
)
567 23 F14 F12345
0 50 100 150 200 250 3000.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
Bonded length, Lb (mm)
Strains, (%
)
Extensão de rotura média do CFRP, fu (%) = 1.03%.
CFRP/betão CFRP/madeira CFRP/aço
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Outras formas de determinação da lei local de aderência
sBesfε 1max
dxdεtEτ ff
Como (EBR):
sBsBff eeBtEsτ 12
max
a curva local de aderência (Tensão de Aderência vs. Deslizamento) resulta:
onde B é obtido experimentalmente para aproximar a função (teórica) ao resultado experimental.
e desprezando as deformações no substrato, vem:
sdsdtE
dxds
dsdεtEτ ffff
Define-se uma função que se aproxime da curva Extensão vs. Deslizamento. Por exemplo, admita-se a função exponencial:
(i) Com base na curva experimental Extensão vs. Deslizamento
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Outras formas de determinação da lei local de aderência(ii) Com base na distribuição dos deslizamentos ao longo do comprimento de colagem
xLb beaxs
1
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.000.020.040.060.080.100.120.14
i
iviii
ii
Slip at pulled end, sLb (mm)
Strain in th
e reinforcem
ent, r (%
)
0
DIC Proposed model, Eq. (1)
Slip
Bonded length
sult
0.0
(; sult)
Bo
nd stress
Slip
(max; s
max)
0 100 200 300 400 500 600 700 8000.000.020.040.060.080.100.120.14
Strains, r (%)
Bonded length, Lb (mm)
0 100 200 300 400 500 600 700 8000
2
4
6
8
10
Bonded length, Lb (mm)
Bo
nd stress, (M
Pa)
Deslizamento Comprimento de colagem Comprimento de colagem
Extensão
Extensão
Tensão de ad
erência
DIC Proposed model,
i ii iii iv
Experimental (a partir dos extensómetros)
Modelo proposto
F
F0 Lb
x
Correlação de Imagem Digital (DIC)
i
iiiii iv
Aquando do início do descolamento Função polinomial do 3º grauFRP
0 0
0 0 0
ff tEasassabs
22
2
DeslizamentoComprimento de colagem
Desliz
ament
o
Tensão de ad
erência
b > 0
b = 0
Modelo propostoa/2 =
Modelo proposto
Substrato
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LIGAÇÕES COLADAS ENTRE COMPÓSITOS DE FRP E OUTROS MATERIAIS ESTRUTURAIS» ESTUDO EXPERIMENTAL VS. TEÓRICOIntrodução | Compósitos de FRP, Adesivos e Outros Materiais Estruturais | Avaliação experimental da aderência | Modelação | (Breves) Conclusões gerais
O comprimento efectivo
Definição: é o comprimento a partir do qual a resistência da ligação deixa de aumentar.
Determinação do comprimento efectivo:Força máxima vs. Comprimento de colagem Tensão de aderência vs. Comp. de colagem
Extensão no FRP vs. Comp. de colagem
0 100 200 300 400 5000
5
10
15
20
25
30
Comprimento colado, Lb (mm)
Máxim
a carga ap
licad
a ao FRP
, Fmax
L eff
Leff
Leff
1
1
if
if
2
2
max
eff
b
eff
b
ffFfL
ffFf
LL
LL
tEGbβ
tEGbF
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O comprimento efectivo
Propostas para definir a força máxima para comprimentos inferiores ao comprimento efectivo
Neubauer and Rostásy1:
2
sinLβ κκβL 2
eff
b
LL
2Teng, J.G.; Chen, J.F.; Smith, S.T. and Lam, L.: “FRP strengthened RC structures”, John Wiley and Sons Ltd. Chichester, England, 2001
Teng et al.2:
1Neubauer, U. and Rostásy, F.S.: “Design aspects of concrete structures strengthened with externally bonded CFRP-plates”, Proceedings of the 7th International Conference on Structural Faults and Repairs, Vol. 2, 1997, pp. 109-118
2arctan2arctan
Lβ
Biscaia et al.3:
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
L
Neubauer and Rostásy [1] Teng et al. [29] Proposed
L
FDM with nP=3.01
FDM with nP=2.40
FDM with nP=5.00
FDM with nP=10.00
3HC Biscaia, C Chastre, MAG Silva, Nonlinear numerical analysis of the debonding failure process of FRP-to-concrete interfaces, Composites Part B: Engineering 50, 210-223
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O comprimento efectivo
Neubauer and Rostásy1:
Processo de minimização:
1Neubauer, U. and Rostásy, F.S.: “Design aspects of concrete structures strengthened with externally bonded CFRP-plates”, Proceedings of the 7th International Conference on Structural Faults and Repairs, Vol. 2, 1997, pp. 109-118
1se1
1se2
exp
exp
pred
predeff
b
eff
b
L
FFFF
LL
LL
β
n
jL
jpred
j
LF FF
eff 1
2
,
exp,
,max
min
onde Fexp,j e Fpred,j são,respectivamente, as forças máximasexperimental e estimada obtidas noprovete j; e
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Influência da temperatura
15 20 15
425
5
65
100
520
6x25
520
10
40
40
10
10
[mm]
1
1
5
2
1
2
3 3
4
41
5
1 – Chapa de aço; 2 – laminado de CFRP; 3 - Extensómetros; 4 - Adesivo (SIKADUR-30); 5 - Parafusos; 6 – Garras da máquinda de tracção.
21
1
11max
max
fTTf
geF
TF
f1 = 4,804 e f2 = 1,258(valores obtidos com recurso a vários ensaios experimentais)
Modelo semi-empirico proposto1:
1H Biscaia, P Ribeiro (2019), A temperature-dependent bond-slip model for CFRP-to-steel joints, Composite Structures 217, 186-205
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Influência da temperaturaDeterminação dos deslizamentos (expressão genérica1):
Tdxds
sff 1
onde f e s são os coeficientes de dilatação térmica linear do FRP e do substrato, respectivamente.sss
fff
tbEtbE
com
1H Biscaia (2019), The influence of temperature variations on adhesively bonded structures: A non-linear theoretical perspective, International Journal of Non-Linear Mechanics 113, 67-85.
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Influência da temperatura
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Influência da temperatura
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Tipos de modelação
(ii) Modelos orientados para a análise numéricaPermitem analisar várias situações que de outra forma seriam impossíveis de virem a ser estudadas.Baseiam-se em procedimentos numéricos iterativos e incrementais, como são:a) Método das Diferenças Finitas (MDF);b) Método da Rigidez com base em elementos não lineares de molas;c) Método dos Elementos Finitos (MEF);d) Método dos Elementos Discretos (MED).
(i) Modelos orientados para o dimensionamentoTêm como objectivo obter expressões com grande potencial de serem adoptadas em códigos ou emregras de dimensionamento.Algumas simplificações são adoptadas, por exemplo:a) o compósito de FRP não sofre deformações transversais (perpendiculares à direcção da carga);b) a espessura do FRP não varia durante o processo de descolamento;c) a ligação FRP/substrato está sujeita apenas a deformações de corte (paralelas à direcção dacarga) conduzindo a roturas consistentes com o 2º Modo de Fractura;d) o adesivo e as respectivas interfaces são modeladas através de uma única lei de aderência;e) as tensões de aderência são constantes ao longo da largura do compósito de FRP.
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Exemplo » Modelos orientados para o dimensionamento
0212
2
sdx
xsd ff tEs
max
max21
onde
Assumindo uma lei de aderência linear com rotura frágil, obtém-se a equação diferencial:
Solução: xBxAxs 11 sinhcosh
xBxAdxds
1111 coshsinh A primeira derivada de s(x) relativamente a x é:
Da primeira derivada dos deslizamentos relativamente a x, obtém-se as extensões nocompósito de FRP:
dxds
f
Applying the boundary conditions of the problem @ x = 0:
fff AE
F
0f
and @ x = Lb:
gives B = 0;
gives bff LAEFA
11 sinh
F
xLb
s0sLb
Gf
x
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Exemplo » Modelos orientados para o dimensionamento
Assumindo uma lei de aderência linear com rotura frágil, obtém-se a equação diferencial:
Aplicando as condições de fronteira do problema @ x = 0:
fff AE
F
e @ x = Lb:
conduz a B = 0
bff LAEFA
11 sinh
0 fdxds
conduz a
bff L
xAE
Fxs
1
1
1 sinhcosh
A solução do problema fica então dada por:
0212
2
sdx
xsd ff tEs
max
max21
onde
F
xLb
s0sLb
Gf
x
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Exemplo » Modelos orientados para o dimensionamento
Assumindo uma lei de aderência linear com rotura frágil, obtém-se a equação diferencial:
As distribuições das extensões no FRP e as tensões de aderência são:
bf L
xb
Fx
1
11
sinhcosh
A força máxima transmitida ao compósito de FRP atinge-se quando a tensão de aderênciamáxima desenvolve-se @x = Lb e a igualdade Lb =Leff é satisfeita, logo:
fffff
efff tEGb
bFL
bF
2tanh
1
maxmax1
1
max
f
ffeffeffeff G
tEsLLL
2441tanh max11
0212
2
sdx
xsd ff tEs
max
max21
onde
bfff
f Lx
tbEFx
1
1
sinhsinh
F
xLb
s0sLb
Gf
x
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Exemplo » Modelos orientados para o dimensionamento
Assumindo uma lei de aderência linear com rotura frágil, obtém-se a equação diferencial:
0212
2
sdx
xsd ff tEs
max
max21
onde
F
xLb
s0sLb
Gf
x
Assumindo, e.g., max = 4.24 MPa, Ef = 23.24MPa (GFRP), tf =2.54 mm, bf = 80 mm ecomprimento de colagem Lb = 250 mm.
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Exemplo » Modelos orientados para o dimensionamento
Assumindo uma lei de aderência linear com rotura frágil, obtém-se a equação diferencial:
0212
2
sdx
xsd ff tEs
max
max21
onde
F
xLb
s0sLb
Gf
x
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Simulação do descolamento duma ligação colada FRP/substrato
Leff
Fmax
sult
sult
Leff
εmax
Leff
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DescoladoDescolado
Descolado
Simulação do descolamento duma ligação colada FRP/substrato
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sult
sult
Descolado Descolado
Simulação do descolamento duma ligação colada FRP/substrato
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Analisando a performance duma ligação colada sob influência da temperatura
Steel
CFRP/steelinterface
CFRP laminate
Thermalload
ing(positive uniform
variation)
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Analisando a performance duma ligação colada sob influência da temperatura
Steel
CFRP/steelinterface
CFRP laminate
Thermalload
ing(positive uniform
variation)
TGb
F sfff
22max
sss
f
ff tbEb
tE
12
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Analisando a performance duma ligação colada através da instalação de ancoragem mecânica
x
τmax
smax s
Fp
Lb
sBsBff eeBtEs 12
max
0
0
20 1sinh
ln1
DD
DD
BCxD
Bxs
1
arcsinh
20
0
DB
DC
sss
ff
ff
f
btEtb
EtG
D 12
Gf
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Melhorando a performance da ligação CFRP/madeira através da instalação de ancoragemmecânica
F
p
Técnica EBR
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.40
4
8
12
16
20
24
Max. transmittable load
Rupture of the CFRP laminate
E
A
Lb = 65 mm
Lb = 230 mm
T‐EBR‐CFRP‐65b T‐EBR‐CFRP‐230
Slip at x = 0, s0 (mm)
Load
, P (k
N)
A
BC
D
BC
D
mm65bLb
ff
LAE
mm230bLb
ff
LAE
F
p
EBR / Mechanicamente ancorado
R
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.40
4
8
12
16
20
24
Load
, P (k
N)
Rupture of the CFRP laminate
A Lb = 65 mm
Lb = 230 mm
T‐EBR‐MA‐CFRP‐65a T‐EBR‐MA‐CFRP‐230b
Slip at x = 0, s0 (mm)
A
BC
D E
B
C
D
mmLb
ff
bL
AE
65
mm230bLb
ff
LAE
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Diferentes factores que influenciam a ligação FRP/substrato
• Comprimento de colagem (Lb) igual ou superior ao comprimento efectivo (Leff);• Temperatura;• Tensões (fora do plano de colagem) impostas à ligação FRP/substrato, e.g. amarração
mecânica;• Preparação das superfícies a colar;• Resistência (à tracção) do substrato;• Tipo e espessura do adesivo;• Geometria da ligação;• Exposição a agentes ambientais agressivos;• Fadiga (acções cíclicas);• Fluência.
Considerações finais
LIGAÇÕES COLADAS ENTRE COMPÓSITOS DE FRP E OUTROS MATERIAIS ESTRUTURAISESTUDO EXPERIMENTAL VS. TEÓRICO
Hugo C. BiscaiaFluid and Structures Engineering, UNIDEMINOVA University of Lisbon, Portugal. E-mail: hb@fct.unl.pt
Tertúlias sobre experimentação 8 Maio 2019 | Escola Superior de Tecnologia de Setúbal
Obrigado pela vossa atenção!
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