À medida que a indústria de fabricação industrial aumenta a demanda por estruturas leves, os adesivos macios são cada vez mais usados ​​em áreas como automóveis, aeroespaciais e eletrônicos. A falha da fadiga do adesivo macio em condições de carga circular afetará significativamente o uso seguro da estrutura de adesão. Dado que os adesivos macios tendem a apresentar uma viscoelasticidade significativa, o estudo da deformação dos adesivos macios viscoelasticos sob cargas de ciclos de múltiplos eixos em caminhos complexos é importante para o design anti-fadiga e a avaliação de segurança das estruturas de adesão. Recentemente,Equipe de professores Zhang Jun da Universidade de ZhengzhouFoi realizado um estudo experimental sobre o comportamento de deformação do adesivo suave de poliuretano modificado HP-172B com elasticidade viscosa em condições de carga cíclica de controle de tensão de estiramento de eixo único e de múltiplos caminhos de eixo duplo (Figura 1), e foi estabelecido um modelo de estrutura cíclica que descreve essas deformações complexas acima.

Figura 1 Diagrama do percurso de carga de dois eixos: (a) Percurso proporcional; b) Caminhos em forma de diamante; c) Caminhos circulares; d) Caminho oval.

O estudo começou com a preparação de uma amostra de adesivo suave de poliuretano modificado em forma de hastel e conduziu um experimento de ciclo de estiramento de eixo único. Como mostrado na Figura 2, o adesivo macio com propriedades viscoelásticas ocorre uma contínua deformação circular e acúmulo de tensão da roda espinhosa sob carga circular. À medida que o número de ciclos aumenta, o adesivo macio se amolece circularmente e é acompanhado de uma diminuição gradual da energia de dissipação. Para descrever essa lei evolutiva, este estudo propôs um modelo não-linear de estrutura de elasticidade viscosa que leva em consideração as propriedades das bolas viscosas do material e, com base no modelo de Kelvin e no modelo de Maxwell, construiu expressões matemáticas que contêm funções de acumulação de tensão e funções de inclinação para prever a acumulação de tensão da roda de espinhos e o comportamento de amolecimento cíclico do material sob cargas cíclicas.

Figura 2 Resultados do ensaio de ciclo de carga uniaxial

Figura 3 Curva de resposta à tensão de adesivos macios sob diferentes caminhos de carga

Considerando que os adesivos macios em serviço real também podem precisar suportar cargas de ciclo de dois eixos, este estudo conduziu um teste de carga de ciclo de estiramento de dois eixos que considerou caminhos de carga complexos. Em comparação com a carga de ciclo de eixo único, o caminho de carga não proporcional resulta em uma acumulação mais significativa de tensão da roda espinhosa, e as leis evolutivas da tensão da roda espinhosa estão fortemente relacionadas com o caminho de carga (Figura 3). Em condições de carga cíclica não proporcional, deformações de alongamento em diferentes direções levam a mudanças na interação entre as cadeias moleculares, tornando a recuperação de viscosidade da cadeia molecular mais difícil do que a carga proporcional, que se manifesta como uma lei de acumulação de tensão de roda de espinhos diferente. Além disso, os adesivos macios apresentam diferentes regras de evolução de energia de dispersão sob diferentes caminhos de carga, e a energia de dispersão inicial e a energia de dispersão total correspondentes ao caminho de carga não proporcional são superiores ao caminho de carga proporcional, o que indica que o caminho de carga não proporcional pode causar danos maiores ao material. Para descrever a deformação do material sob caminhos de carga complexos, este estudo desenvolveu um modelo de estrutura cíclica de múltiplos caminhos de dois eixos através da introdução de coeficientes de caminho de carga. O modelo descreve os efeitos adicionais dos diferentes caminhos de carga sobre a tensão da roda de espinha do material ajustando o coeficiente de caminho de carga, previndo assim com precisão a resposta mecânica em condições de carga de ciclo de dois eixos (Figura 5).

Figura 4 Evolução da tensão e dispersão da roda espinhosa em diferentes vias de carga com o número de círculos

Figura 5 Comparação dos cálculos do modelo com os resultados do ensaio em condições de carga cíclica de dois eixos e vários caminhos

Em resumo, este estudo se concentrou na relação entre a tensão da roda espinhosa, o amortecimento do ciclo e danos ao material em diferentes condições de trajetório de carga durante a deformação do ciclo de adesivos macios, o que contribuiu para o design e desenvolvimento de estruturas de adesivos macios resistentes à fadiga. Vale a pena ressaltar que este estudo considerou o coeficiente de caminho de carga como um parâmetro relacionado apenas com o caminho de carga, quando, na verdade, esse parâmetro pode estar relacionado com o número de círculos. A precisão das previsões teóricas pode ser melhorada considerando a dependência do número de círculos do coeficiente de caminho de carga e corrigindo-o de acordo.

O artigo foi publicado no International Journal of Fatigue, intitulado "Investigação sobre a deformação ratcheting e amolecimento cíclico de adesivo viscoelástico macio sob cargas cíclicas uniaxial e biaxial".