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Authors
Abstract(s)
Composites play a significant role in various industries. However, the use of mechanical
systems such as bolts and rivets introduces damages that can compromise the structural
health of the composite. As a result, adhesive bonding is increasingly becoming a viable
technique for assembling composite structures. Despite offering advantages, such as mass
reduction and uniform distribution of forces, the feasibility of adhesive joints is not fully
established, and it is crucial to improve the monitoring capability of structures where
adhesion is used.
This study aims to contribute to advancing knowledge by suggesting the development of
multifunctional adhesives, incorporating carbon nanotubes (CNTs) into epoxy-based
nanocomposites, simultaneously enhancing their mechanical strength and piezoresistive
sensory response. Throughout this work, multifunctional adhesives were applied in
practical scenarios of structural health monitoring (SHM), especially in single-lap joints.
The research involves the electromechanical study of bulk adhesive samples with varied
percentages of CNT loading (0.25 wt.% and 0.50 wt.%) in an epoxy matrix and adhesive
joints of single-lap configuration.
Experimental results reveal that adhesives with 0.50 wt.% of CNTs exhibit superior
mechanical properties and better sensing capabilities during bending tests, demonstrating
a higher gauge factor (GF) of 5.2. However, for single-lap joints, the sensitivity is slightly
reduced, with a GF of 0.77. In tensile tests for single-lap joints, the GF is 1.27, highlighting
that different loadings and damages result in distinct piezoresistive measurements.
With the mentioned GF it was possible to monitor different ranges of deformation and
detect cyclic loadings of up to 100 cycles, with almost negligible hysteresis. The
functionalization of adhesives has proved its effectiveness in developing multifunctional
materials with mechanical and piezoresistive sensory capabilities.
Os compósitos desempenham um papel significativo em diversas indústrias. No entanto, o uso de sistemas mecânicos como parafusos e rebites introduz danos que podem comprometer a saúde estrutural do compósito. Como resultado, a união adesiva é cada vez mais uma técnica viável para a montagem de estruturas em compósito. Apesar de oferecer vantagens, como a redução de massa e uma distribuição uniforme das forças, a viabilidade das uniões adesivas ainda não está totalmente estabelecida e é crucial melhorar a capacidade de monitorização das estruturas onde a adesão é utilizada. Este estudo pretende contribuir para o avanço no conhecimento com a proposta de desenvolver adesivos multifuncionais, ao incorporar nanotubos de carbono (CNTs) em nanocompósitos à base de epóxi, melhorando simultaneamente a sua resistência mecânica e a resposta sensorial piezoresistiva. Ao longo deste trabalho aplicaram-se os adesivos multifuncionais em cenários práticos de monitorização da saúde estrutural (MSE), especialmente em juntas simples. A pesquisa envolve o estudo eletromecânico de amostras com duas percentagens de CNT (0, 25 wt.% e 0, 50 wt.%) numa matriz de epóxi em uniões adesivas de junta sobreposta simples. Os resultados experimentais revelam que adesivos com 0, 50 wt.% de CNTs apresentam propriedades mecânicas superiores e capacidades sensoriais melhores durante os testes de flexão, demonstrando a sensibilidade piezoresistiva de deformação mais alta de 5, 2. No entanto, para juntas sobrepostas simples, a sensibilidade é mais reduzida, apresentando uma sensibilidade de deformação de 0, 77. Em testes de tração para as juntas simples, a sensibilidade de deformação é de 1, 27, evidenciando que diferentes carregamentos e danos resultam em diferentes medições piezoresistivas. Com as sensibilidades referidas, foi possível monotorizar diferentes gamas de deformação e também detetar carregamentos cíclicos até 100 ciclos, tendo-se verificado que a histerese é quase inexistente. A funcionalização dos adesivos mostrou ser eficaz no desenvolvimento de materiais multifuncionais com capacidades mecânicas e sensoriais piezoresistivas.
Os compósitos desempenham um papel significativo em diversas indústrias. No entanto, o uso de sistemas mecânicos como parafusos e rebites introduz danos que podem comprometer a saúde estrutural do compósito. Como resultado, a união adesiva é cada vez mais uma técnica viável para a montagem de estruturas em compósito. Apesar de oferecer vantagens, como a redução de massa e uma distribuição uniforme das forças, a viabilidade das uniões adesivas ainda não está totalmente estabelecida e é crucial melhorar a capacidade de monitorização das estruturas onde a adesão é utilizada. Este estudo pretende contribuir para o avanço no conhecimento com a proposta de desenvolver adesivos multifuncionais, ao incorporar nanotubos de carbono (CNTs) em nanocompósitos à base de epóxi, melhorando simultaneamente a sua resistência mecânica e a resposta sensorial piezoresistiva. Ao longo deste trabalho aplicaram-se os adesivos multifuncionais em cenários práticos de monitorização da saúde estrutural (MSE), especialmente em juntas simples. A pesquisa envolve o estudo eletromecânico de amostras com duas percentagens de CNT (0, 25 wt.% e 0, 50 wt.%) numa matriz de epóxi em uniões adesivas de junta sobreposta simples. Os resultados experimentais revelam que adesivos com 0, 50 wt.% de CNTs apresentam propriedades mecânicas superiores e capacidades sensoriais melhores durante os testes de flexão, demonstrando a sensibilidade piezoresistiva de deformação mais alta de 5, 2. No entanto, para juntas sobrepostas simples, a sensibilidade é mais reduzida, apresentando uma sensibilidade de deformação de 0, 77. Em testes de tração para as juntas simples, a sensibilidade de deformação é de 1, 27, evidenciando que diferentes carregamentos e danos resultam em diferentes medições piezoresistivas. Com as sensibilidades referidas, foi possível monotorizar diferentes gamas de deformação e também detetar carregamentos cíclicos até 100 ciclos, tendo-se verificado que a histerese é quase inexistente. A funcionalização dos adesivos mostrou ser eficaz no desenvolvimento de materiais multifuncionais com capacidades mecânicas e sensoriais piezoresistivas.
Description
Keywords
Material Multifuncional Adesivos Estruturais Deteção Piezoresistiva Juntas de Sobreposição Simples Monitorização da Saúde Estrutural Nanotubos de Carbono