Nesta subseção serão apresentadas a análise do fator de concentração de tensão (K) dos laminados estudados com a influência do furo central de 16 mm (CF) e o dano proveniente do impacto (Imp) nos diferentes níveis de energia. Os valores do K para o LHKV estão dispostos na Tabela 4.15 obtidos através das resistências a flexão do material (ult), é possível observar a partir desses valores o furo trouxe pouca influência na concentração de tensão (PCH) cerca de 3 %, tal comportamento pode ser explicado devido à alta dispersão apresentada, isso, também é visto para o dano provocado pelo impacto em que os valores KSF/Imp são de 1,04 e 1,03 para as energias de 77 J e 101 J, respectivamente. Pode-se calcular com a Equação 3.15 a parcela de influência relacionada ao dano (PD) no fator de concentração de tensão do material impactado (KSF/Imp), assim como o furo de 16 mm, o dano também não influenciou a concentração de tensão no material.
Outra forma de verificar a pouca influência do dano é obtendo o fator de concentração de tensão entre o material com furo central (CF) e o material
impactado (Imp), Equação 3.17, neste caso o acréscimo da concentração de tensão se deve unicamente a PD e no compósito híbrido não se obteve um fato de concentração relacionando esses fatores, este apresentou um valor de KCF/Imp igual a 1 para as energias de 77 J e 101 J, respectivamente.
Uma explicação para o fato do dano ter tido pouca influência no laminado com híbrido pode estar relacionado ao que foi mostrado no item 4.3.1.2, na qual se verificava que o dano ao se propagar encontra um vazio, acarretando diminuição desse efeito ao longo da amostra, bem como áreas concentradas de dano (Tabela 4.8), atribuídos ao uso do tecido de mecha híbrida, bem como a alta dispersão das tensões últimas.
Tabela 4.15 – Fatores de concentração de tensão (K) para o LHKV, devido ao impacto e/ou devido aos furos.
K = l/c*
Compósito Nomenclatura Sem Furo Com Furo
LHKV
Com Furo 1,04 ± 0,16 —
LHVK 77J 1,04 ± 0,14 1,00 ± 0,10
LHVK 101 J 1,03 ± 0,18 1,00 ± 0,16
*Os sub-índices l e c representam a posição da linha e da coluna considerando a
sua posição na tabela, na qual se obtêm a razão entre as tensões últimas de cada caso ensaiado, respectivamente.
Da mesma maneira que analisou-se o fator de concentração de tensão
(K) para o laminado híbrido, fez-se também esse estudo para o LFV, demostra-
se na Tabela 4.16, os valores para o K, onde observa-se que o efeito da concentração de tensão do furo central (PCH) é de 50 %, ou seja, um valor considerável para esse tipo de análise, reafirmando que o LFV foi mais propicio a danos, com esse valor e sabendo que KSF/Imp são de 1,62 e 1,56 para as energias de 46 J e 62 J, respectivamente, obteve-se valor de média em 59%, parcela essa de influência relacionada ao dano (PD) no fator de concentração de tensão do material impactado (KSF/Imp). Com isso, pode-se afirmar assim como no LHKV o dano é o elemento de maior responsabilidade pela perda na resistência dos laminados aqui estudados.
Outra forma de verificar o efeito do dano é obtendo o fator de concentração de tensão entre o material com furo central (CF) e o material impactado (Imp), Equação 3.17, neste caso o acréscimo 6% da concentração de
tensão e deve-se unicamente a PD, apresentando um valor de KCF/Imp igual a 1,08 e 1,04 para as energias de 46 J e 62 J, respectivamente.
Tabela 4.16 – Fatores de concentração de tensão (K) para o LFV, devido ao impacto e/ou devido aos furos.
K = l/c*
Compósito Nomenclatura Sem Furo Com Furo
LFV
Com Furo 1,50 ± 0,22 —
LFV 46 J 1,62 ± 0,13 1,08 ± 0,14
LFV 62 J 1,56 ± 0,19 1,04 ± 0,16
*Os sub-índices l e c representam a posição da linha e da coluna considerando a
sua posição na tabela, na qual se obtêm a razão entre as tensões últimas de cada caso ensaiado, respectivamente.
Vale salientar que estes resultados são interessantes, pois demonstra que a presença do tecido de mecha híbrida no compósito mesmo submetido a múltiplos estágios, a diminuição da resistência ocorre muito mais por conta da concentração de tensão ocasionada pelo furo central.
Considerando essas análises, pode-se dizer que é possível prever o comportamento do material com alguma precisão para situações reais, apesar de ser necessário fazer maiores investigações para outras situações de uso, como por exemplo: a análise de furos equidistantes ao ponto de impacto.
5 CONCLUSÕES
Analisado os resultados obtidos conclui-se:
✓ A densidade volumétrica e a fração de fibras dos laminados estão de acordo com os compósitos poliméricos a base de matriz termofixas encontrado em outros trabalhos da literatura;
✓ A fração de vazios no LHKV não está de acordo com o esperado, devido ao processo de fabricação dos laminados, como encontrado em outros trabalhos da literatura, os quais funcionaram como fator determinante nas propriedades mecânicas;
✓ O LFV com e sem descontinuidade geométrica (furo) apresentou maiores valores de tensão e módulo, do que o LHKV com e sem descontinuidade geométrica (furo) para o ensaio de flexão em quatro pontos;
✓ Para o laminado LFV a presença do furo influenciou na resistência mecânica, para a flexão em quatro pontos, ocasionou uma perda em torno de 33%;
✓ Para o laminado LHKV a presença do furo não influenciou na resistência mecânica, se considerar o desvio padrão para a flexão em quatro pontos, a perda dessa propriedade foi cerca de 4%;
✓ A presença do furo não influenciou a rigidez de ambos os laminados estudados submetidos a flexão em quatro pontos antes do impacto; ✓ O LFV apresentou uma rigidez duas vezes maior do que o LHKV para
ambos os casos (com e sem descontinuidade geométrica);
✓ O LFV suporta um impacto com energia de 46 J e atinge perfuração no segundo golpe, já para a energia de 62 J atingi perfuração total com apenas um impacto;
✓ O LHKV suporta quatro impactos com energia de 77 J e atinge perfuração no quinto golpe, e absorve energia de dois impactos de 101 J e atinge perfuração no terceiro golpe, contudo esse material apresentou danos pequenos possíveis de reparo estrutural;
✓ As formas de danos nos dois laminados estudados para todas as energias de impacto, foram as fissuras na matriz, desaderência fibra/matriz, delaminação fibra/matriz, ruptura de fibras e perfuração dos CP’s;
✓ Houve uma diminuição em torno de 13 % da força máxima entre o LHKV101 J em comparação com as amostras de LFV 62J;
✓ O tempo para obtenção da força máxima e início do dano foi de 4 ms para o LFV, já para o LHKV foi de 2 ms, apresentando melhor absorção de energia por parte do tecido híbrido que consegue recuperar parte de suas propriedades;
✓ As áreas de dano na face oposta ao impacto para ambos os compósitos foram maiores, mas foram valores pequenos, mostrando que o dano foi localizado e concentrado, apresentando baixa delaminação na extensão dos corpos de prova;
✓ O dano causado pelo impactador no LFV reduziu a tensão máxima em 38 % e 36 % para as energias de 46 J e 62 J sob o FAI, respectivamente. Já o módulo elástico apresentou perdas em torno de 42% e 28% para 46 J e 62 J, respectivamente;
✓ O dano causado pelo impactador no LHKV não trouxe perdas relevantes para a tensão máxima cerca de 4 % para ambas as energias impostas (77 J e 101 J) sob o FAI. O módulo de elasticidade permaneceu inalterado;
✓ Os corpos de prova do LHKV à 18 mm de distância da borda do impactador, submetido a cinco impactos com energia de 77 J apresentaram menores perda da resistência e rigidez do que os submetidos a três impactos com 101 J;
✓ À medida que se distancia da borda do impactador (distâncias de 38 e 58 mm) o LHKV demonstrou que a resistência foi pouco alterada, diferentemente da rigidez só atingiu boa recuperação na distância de 58 mm, quando submetidos a cinco impactos de 77 J;
✓ A uma distância de aproximadamente 40 mm em relação à borda do impactador, com impactos de energia abaixo de 77 J (5x) e 101 J (3x), o estudo indica que pode ser realizado um pequeno reparo restaurando acima de 60% a resistência e a rigidez de flexão do material;
✓ Com a distância máxima da borda do impactador de 67 mm, o LHKV 77 J (5x) alcança 99% da resistência original;
✓ A análise da contribuição de cada efeito na diminuição da resistência demonstrou que o dano possui uma parcela maior no fator de concentração de tensão nos laminados de fibra de vidro.
De forma geral, os laminados compósitos a base do tecido híbrido, apresentaram algumas vantagens em suas respostas frente a absorção a impacto e a flexão em quatro pontos, quando comparados a outros tipos de laminados compósitos híbridos e até mesmo com o laminado de fibra de vidro. Essas vantagens são evidenciadas no comportamento relacionado à resistência e rigidez, mesmo com a presença das descontinuidades geométricas.
Assim ao se projetar, tanto materiais convencionais como os materiais compósitos deve-se ter uma preocupação com as descontinuidades geométricas (concentrações de tensão), estas podem levar a falhas no projeto para diversos tipos de carregamentos. Diante disso, estudos mais detalhados com relação a esses concentradores de tensão poderão ser desenvolvidos com objetivo de quantificar e qualificar, localmente, as perdas de determinadas propriedades mecânicas para aplicação industrial. Vale ressaltar que, a utilização da resina ester-vinílica Derakane na obtenção dos laminados estudados é uma resina de aplicação naval. Vislumbrando assim estruturas que permeiam esse campo industrial.
6 Sugestões para Trabalhos Futuros
1 – Utilização de outros tipos de reforços fibrosos em diferentes configurações de hibridização submetidos as mesma níveis de energias aqui estudados; 2 – Utilização de extensômetros para realizar uma análise extensiométrica ao redor das descontinuidades geométricas;
3 – Avaliação da resistência residual desses laminados submetidos a um envelhecimento acelerado com exposição simultânea de raios UV e temperatura para ambientes marítimos;
4 – Utilização dessa mesma configuração de hibridização para carregamentos cíclicos (ensaio de fadiga).
5 – Utilização dessa mesma configuração de hibridização para impactos em altas velocidades (ensaio balístico).
6 – Utilização de menos camadas de tecido híbrido kevlar/vidro para aplicação em impacto de baixa velocidade.
7 – Utilização de técnicas como a fotoelasticidade ou a interferometria para quantificar os valores e regiões de tensões máximas que ocorrem no material híbrido na presença das descontinuidades geométricas.
8 – Modelamento computacional atrás do método de elementos finitos para determinação do fator de concentração de tensão K, proveniente dos furos, para essas mesmas configurações de laminados.
9 – Modelamento computacional atrás do método de elementos finitos para determinar os danos causado pelo impacto de baixa velocidade para essas mesmas configurações de laminados.
10 – Modelamento computacional através do método de elementos finitos para determinar as curvas de força-tempo-deslocamento e energia dissipada para impacto de baixa velocidade para essas mesmas configurações de laminados.
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