Na tendência de ligeira industrial, os termoplásticos reforçados com fibras curtas são cada vez mais usados ​​devido às vantagens de processamento fácil e baixo custo. Em aplicações de design multiestrutural, termoplásticos reforçados com fibras curtas precisam ser ligados a outros materiais, e como prever com precisão e eficácia a força de suas juntas de ligação para garantir a segurança da estrutura é um problema urgentemente necessário resolver. Respondendo a este problema, Masaki Omiya, da Universidade de Keisei, no Japão, propôs o cálculo direto de dois valores integrais (Based on J, Based on G)J para obter parâmetros do modelo de agregação interna (CZM), e com base neste método desenvolveu um método para prever a força da junção de ligação de plásticos termoplásticos reforçados com fibras curtas como adesivos, fornecendo ferramentas mais precisas para o design e a avaliação do desempenho dos produtos relevantes.

Figura 1 Esquema do ensaio de curvatura de corte final (ENF) e descrição dos parâmetros analíticos

Este artigo simula o processo de falha tipo II de junção sob a força de corte através de testes de curvatura de corte de extremidade (ENF). O adesivo é termoplástico reforçado com fibras curtas, o adesivo é resina epóxida, a superfície do adesivo é tratada com corrosão a laser antes da realização do teste, a espessura da camada de adesivo é controlada com a utilização de película metálica e cola de teflón e a fissura inicial é pré-fabricada. A carga de curvatura de três pontos foi realizada com controle de deslocamento durante o teste. Finalmente, a análise de elementos finitos é realizada em combinação com os parâmetros CZM obtidos pela análise (Figura 2) para verificar a correção do método usado neste artigo.

Figura 2 Condições de limite e padrões de malha para análise de elementos finitos em ensaios ENF

Os pesquisadores usaram os dados do ensaio ENF para considerar duas formas diferentes de integração J de ruptura tipo II: uma considerava a energia consumida pela deformação plástica da viscosidade (com base em J) e a outra assumia que a viscosidade era puramente elástica (com base em G). Eles deduziram dois conjuntos diferentes de parâmetros do modelo CZM com base nesses dois integrais J (Figura 3) e substituíram esses dois conjuntos de parâmetros na análise de elementos finitos para obter a curva de carga-deslocamento da análise de elementos finitos do ensaio ENF. Comparando os dados experimentais do teste ENF com os resultados de elementos finitos, os resultados mostraram que os parâmetros CZM derivados da integração J com base na hipótese de elasticidade pura podem prever com mais precisão a força real da junção de ligação.

Figura 3 Parâmetros CZM com base em duas formas diferentes de integração J

Figura 4 Comparação de dados experimentais de carga de ensaio ENF - curva de deslocamento e resultados de elementos finitos

Em resumo, este artigo desenvolveu um método para prever a resistência das juntas de ligação de fibras curtas reforçadas de plásticos termoplásticos como adesivos. Análise direta dos dados experimentais do teste ENF para obter os parâmetros CZM sob duas hipóteses, em seguida, com base em dois conjuntos de parâmetros CZM obtidos para realizar uma análise de elementos finitos, respectivamente, e comparar a curva de carga-deslocamento simulada com os resultados experimentais, descobriu que os parâmetros de força de ligação obtidos com base na hipótese de elasticidade pura com base no método direto de ligação com base em materiais termoplásticos reforçados de baixa rigidez (como compostos reforçados com fibras curtas) são mais compatíveis com a situação real. O trabalho deste artigo fornece novas ideias para obter parâmetros CZM em sistemas de adesão para construir modelos CZM.

O artigo de pesquisa relacionado foi publicado em Engineering Fracture Mechanics com o título "Validação da lei coesiva do modo II obtida usando o método direto com juntas de flexura com entalhamento extremo adesivo termoplástico reforçado com fibra curta".