Propagação do Dano nos Ensaios de Fadiga

10.

MONITORAMENTO DA FORMAÇÃO E DA PROPAGAÇÃO

DO DANO NOS ENSAIOS DE FADIGA

Serão apresentados neste capítulo os resultados e discussões referentes ao processo de formação e propagação do dano verificados nos laminados C10 e C12. O estudo do monitoramento do dano tem como base à análise tanto dos tipos de dano encontrados bem como das etapas de propagação dos mesmos até a ruptura total do laminado.

A metodologia empregada para o acompanhamento do mecanismo de dano tem como base as seguintes etapas: 1- A determinação do número de ciclos no qual ocorreu a saturação das fissuras transversais (CDS); 2- A determinação do número de ciclos correspondentes ao aparecimento de delaminações nos laminados e sua forma de distribuição. Ressalta-se aqui que para a análise da formação e propagação das delaminações foram tiradas fotografias da superfície relacionada à espessura dos corpos de prova (bordo livre) durante os ensaios. Também, para um melhor entendimento do monitoramento do mecanismo de dano nos laminados, foram idealizados e construídos os Diagramas de Formação e Propagação do Dano (DFPD) para todas as razões de fadiga ensaiadas. Nesses diagramas os pontos do gráfico são os valores médios obtidos para cada caso analisado nos corpos de prova.

A partir dos resultados obtidos, percebeu-se a necessidade de relacionar os mecanismos de dano encontrados em cinco tipos diferentes, onde cada tipo de mecanismo está relacionado à respectiva razão de fadiga. Somente um dos mecanismos de dano se presta para a análise tanto de R = -1,57 e R = -1. Desse modo, dividiu-se este capítulo em cinco subseções.

10.1.M

D

R=0,7

Durante os ensaios dos laminados C10 e C12 para R = 0,7 verificou-se um comportamento da formação e propagação dos danos nestes laminados de modo bastante parecido nas suas etapas, que podem ser descritas em três passos:

1) Formação de algumas fissuras transversais na matriz e em toda área útil dos corpos de prova (bordo livre e largura);

2) Formação e propagação de uma delaminação, localizada próxima a camada mais externa do laminado, sua formação ocorre devido a união de algumas fissuras transversais próximas aos bordos livres. Devido a formação dessa delaminação ocorre o início da ruptura da camada externa do laminado;

3) A ruptura da camada externa rapidamente provoca a ruptura de fibras seguida da fratura final dos corpos de prova (esta última etapa é, na realidade, a curva S-N).

A partir dessas etapas, os Diagramas de Formação e Propagação do Dano (DFPD) foram idealizados e construídos para os dois laminados, conforme se apresenta nas Figura 10.1 e Figura 10.2, para os laminados C10 e C12, respectivamente. Percebe-se por estes diagramas que o número de ciclos entre o início da delaminação e a ruptura total do laminado é muito pequeno, ou seja, para este tipo de razão de fadiga o aparecimento de uma pequena delaminação leva a uma iminente ruptura total do laminado em um tempo muito curto.

103 104 105 80 85 90 95 100

105 Região de formação e propagação_{da delaminação que leva a ruptura}

da camada externa do laminado

Região de ocorrência de fissuras transversais Início da delaminação Ruptura do CP (curva S-N)

Tensã

o

M

á

xi

ma

(M

Pa)

Número de Ciclos

Figura 10.1. Diagrama de Formação e Propagação do Dano no laminado C10 para R = 0,7. Este fato pode ser explicado facilmente, pois para razões de fadiga próximas de 1,0 (um) os valores da tensão cíclica média aplicados durante o ensaio são bastante elevados (bem próximos do limite de resistência do material), em comparação a outros valores da tensão cíclica média para outras razões de fadiga analisadas para o mesmo número de ciclos. Devido a este fato, uma pequena diminuição da resistência mecânica do laminado provoca a ruptura do mesmo, e isso pode ocorrer com o surgimento de uma pequena quantidade de fissuras transversais e principalmente o aparecimento de uma delaminação no laminado.

Ressalta-se aqui, que os números de ciclos referentes ao início da fissuração na matriz e das delaminações, bem como as intensidades das tensões, são diferentes nos dois laminados,

102 103 104 105 70 75 80 85 90 95 100

105 _{Região de formação e propagação}

da delaminação que leva a ruptura da camada externa do laminado

Região de ocorrência de fissuras transversais Início da delaminação Ruptura do CP (curva S-N)

T

ensão M

áx

ima (

M

Pa)

Número de Ciclos

Figura 10.2. Diagrama de Formação e Propagação do Dano no laminado C12 para R = 0,7. Analisando os gráficos das Figura 10.1 e Figura 10.2 percebe-se que o laminado C12 inicia o processo de delaminação mais prematuramente do que o laminado C10 para um mesmo valor de tensão máxima aplicada. Isso pode ser verificado, por exemplo para o ponto de tensão máxima próxima de 85 MPa na qual para C12 o início da delaminação ocorre antes de 104 enquanto que para C10 a delaminação inicia quase a 2*104.

Para ilustrar a formação e propagação do dano nos laminados, construiu-se o diagrama esquemático da Figura 10.3, o qual apresenta as mesmas etapas descritas no início da seção. Vale salientar que, conforme foi dito anteriormente, esse tipo de dano foi verificado para os dois laminados aqui estudados, e que apesar de existirem algumas particularidades percebidas em cada corpo de prova, o comportamento do dano se mostrou sempre próximo do que é mostrado na figura.

Na Figura 10.4 apresenta-se um exemplo da seqüência do dano verificada para o laminado C10 durante o ensaio para R = 0,7. Percebe-se por essa figura, os passos ilustrados no esquema da Figura 10.3; apesar de não se verificar de modo bem acentuado as fissuras transversais na região de bordo livre nas fotografias, este tipo de dano foi verificado com o auxilio de iluminação apropriada ao longo da largura do corpo de prova conforme se comentará na próxima sub-seção. Na Figura 10.4 os símbolos Ni e N se referem,

respectivamente, ao número de ciclos na qual foi tirada a fotografia e o número de ciclos na qual ocorreu a fratura final.

final