Avaliação do comportamento em fadiga de juntas estruturais de ligas de Al2024T3 coladas com adesivo epóxi

Abstract

Ligas de alumínio são extensamente usadas em partes aeronáuticas devido às boas propriedades mecânicas e baixa densidade. Estas partes devem ser unidas para formar conjuntos maiores. Uma junta estrutural é definida como um segmento de estrutura que provê um meio de transferir carga de um elemento estrutural para outro. A maioria das juntas aeronáuticas é mecanicamente fixada com múltiplos prendedores (parafusos ou rebites). Estas juntas apresentam uma alta concentração de tensões ao redor do prendedor, porque a transferência de carga entre elementos da junta acontece em uma fração da área disponível. Por outro lado, as cargas aplicadas em juntas adesivas são distribuídas sobre toda a área colada e reduz os pontos de concentração de tensão. Juntas são a fonte mais comum de falhas estruturais em aeronaves e quase todos os reparos envolvem juntas. Portanto, é importante entender todos os aspectos de projeto e análise de juntas. O objetivo deste trabalho é comparar estaticamente juntas estruturais de ligas de Al2024-T3 em três condições: juntas mecanicamente rebitadas, juntas coladas e uma configuração híbrida rebitada e colada. Foi usada a norma NASM 1312-4 para confecção dos corpos-de-prova. Além disso, foram conduzidos testes de fadiga, sob amplitude de carregamento constante e razão de tensão igual a 0,1 para avaliar a eficiência dos elementos estruturais durante sua vida em serviço. Os resultados mostraram que a configuração híbrida apresenta maior resistência estática e uma vida em fadiga superior à configuração colada.

Aluminum alloys are widely used in aeronautical parts due to their good mechanical properties and low densities. These parts must be joined together to form larger assemblies. A structural joint is defined as a segment of structure that provides a means of transferring load from one structural member to another. The majority of aircraft joints are mechanically fastened with multiple fasteners. These joints present a high concentration of stresses around the fastener, because the load transfer between elements of the joint has to take place over a fraction of the available area. By contrast, the applied loads in the adhesive joints are distributed over the entire bonded area and reduce points of stress concentration. Joints are the most common source of structural failures in aircraft and almost all repairs involve joints. Therefore, it is important to understand all aspects of joint design and analysis. The aim of the present work was to perform a comparative evaluation of the structural joints of Al2024-T3 alloy in three conditions: mechanically fastened joint, bonded joints and a hybrid conFiguration of bonded-riveted joint. The Standard Test Method for determining strength properties of mechanically fastened sheet metal lap joints (NASM 1312-4) was used in all specimen conFigurations. Besides, fatigue tests were conducted in specimens under constant amplitude loading at a stress ratio of 0.1 to evaluate the efficiency of the structural elements during their service life. The results showed that when metal-to-metal adhesive bond procedures are used with a mechanically fastened technique, the static strength and fatigue life of the joint will increase.