Cisalhamento em tensão

O ensaio de cisalhamento em tensão é um método mecânico utilizado para medir a resistência de um material ou de uma junta ligada a forças que actuam paralelamente à superfície de ligação. Ao contrário do ensaio de tração puro, em que a força é aplicada perpendicularmente à amostra, o ensaio de cisalhamento em tensão aplica a carga para criar uma tensão de cisalhamento no plano. Isto simula as condições do mundo real em que os materiais ligados ou unidos estão sujeitos a forças de deslizamento.

O método é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, automóvel, eletrónica, embalagem e construção para validar o desempenho de colas, revestimentos, compósitos e juntas mecânicas. Ao reproduzir as tensões operacionais, os engenheiros e as equipas de qualidade podem determinar a adequação dos materiais e dos processos de ligação, garantindo a fiabilidade, a segurança e a conformidade com as normas da indústria.

Procedimento de ensaio de cisalhamento de volta única

Num ensaio de cisalhamento de volta única, dois espécimes são colados com um adesivo numa configuração sobreposta. A junta é fixada numa máquina de ensaios de tração e é aplicada força até ocorrer a falha. Esta configuração introduz tensões de corte e ligeiras tensões de flexão devido ao desvio no percurso da carga, mas continua a ser um dos métodos de avaliação da ligação adesiva mais amplamente aceites e normalizados.

O processo envolve a preparação de espécimes com as dimensões e o acabamento de superfície necessários, a aplicação de adesivo com uma espessura consistente, a cura em condições controladas, a fixação de cada extremidade nas garras e a aplicação de uma carga de tração constante até à falha. A força máxima registada é utilizada para determinar a resistência ao cisalhamento. Nas condições da norma ASTM D1002, uma junta de alumínio com alumínio pode, normalmente, atingir resistências ao cisalhamento de 15 a 25 MPa.

Procedimento de ensaio de cisalhamento de dupla volta

O método de cisalhamento de dupla volta utiliza três secções ligadas, com dois aderentes exteriores ligados a cada lado de uma peça central. Esta disposição reduz os efeitos de flexão e proporciona uma distribuição mais uniforme da tensão de corte ao longo da camada adesiva.

Os passos típicos incluem a preparação de amostras coladas de três camadas de acordo com a norma de teste, posicionando-as em garras simétricas e aplicando uma carga de tração a uma taxa especificada até à falha. Este método é particularmente útil na colagem de compósitos aeroespaciais, onde pode demonstrar uma resistência aparente até 20% mais elevada do que o teste de uma única volta, devido à distribuição mais uniforme da tensão.

O teste de ligação de adesivos através de cisalhamento em tensão é essencial para compreender o desempenho dos adesivos sob carga. Os factores que influenciam o desempenho da colagem incluem a química do adesivo, a preparação da superfície, o método de cura, a conceção da junta e as condições ambientais.

As aplicações industriais incluem a colagem de compósitos aeroespaciais, a montagem de painéis de carroçaria de automóveis, PCB electrónicos e materiais de fixação de moldes, e adesivos estruturais na construção. Por exemplo, em aplicações automóveis, o ensaio de cisalhamento é frequentemente utilizado para comparar formulações de adesivos estruturais para a colagem de caixilhos de portas, garantindo um desempenho consistente em caso de colisão.

A análise de falha por cisalhamento identifica a forma como uma ligação falha e fornece informações sobre o desempenho do serviço:

• Falha coesiva: Fratura dentro da camada adesiva, indicando uma boa adesão mas uma força adesiva interna limitada.
• Falha do adesivo: Separação na interface entre o adesivo e o substrato, frequentemente devido a uma preparação inadequada ou a uma fraca compatibilidade.
• Falha de modo misto: Uma combinação de falhas coesivas e adesivas.

As curvas de carga-extensão do teste também podem ser utilizadas para avaliar a rigidez, a ductilidade e o pico de carga na falha.

Enquanto os ensaios de tração medem a resistência de um material ao estiramento, os ensaios de cisalhamento medem a resistência ao deslizamento entre camadas ou através de uma ligação. Ambos são complementares. Nos compósitos, os ensaios de tração avaliam a resistência da fibra e da matriz, enquanto os ensaios de cisalhamento avaliam a interface entre elas.

Outros métodos relacionados incluem:

• Cisalhamento de trilho com entalhe em V para resposta de cisalhamento no plano de compósitos.
• Ensaios decisalhamento por tração para compósitos de matriz polimérica para avaliar o comportamento do adesivo e da matriz sob tensão e cisalhamento combinados.

A adesão a normas reconhecidas assegura a coerência e a comparabilidade dos resultados. Exemplos comuns incluem:

• ASTM D3166 - Resistência ao cisalhamento de adesivos em tensão.
• ASTM F2255-05 - Ensaio de cisalhamento de materiais para dispositivos médicos.
• BS EN ISO 4587 - Ensaio de cisalhamento de ligações adesivas rígidas a rígidas.
• ASTM D1002 - Ensaio de cisalhamento de uma volta para conjuntos ligados metal-metal.

Cada uma define a preparação dos espécimes, as dimensões, as taxas de carga e os requisitos de comunicação. A seleção depende do material, do método de ligação e da aplicação.

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