25a Reunião Anual da Sociedade Brasileira de Química - SBQ 1
Análise de dano em compósitos laminados por meio do módulo residual utilizando a técnica de excitação por impulso
Maicon Douglas Monteiro, Maísa Milanez Ávila Dias Maciel, Maria Odila Hilário Cioffi. Universidade Estadual Paulista, Campos de Guaratinguetá - FEG, Engenharia de Materiais, md5792433@gmail, Bolsa PIBIC.
Palavras Chave: Compósito laminado, módulo de elasticidade (E), excitação por impulso (IET).
Introdução
Os compósitos têm sido amplamente utilizados no setor aeronáutico devido a sua alta rigidez, baixa densidade e boa conformabilidade1. O módulo de elasticidade (E) pode ser associado à rigidez do material e pode ser utilizados para avaliação de danos e falhas; além disso, a utilização de ensaios não destrutivos permite a medida desses materiais em serviço2,3. A técnica de excitação por impulso (IET) é um ensaio não destrutivo e foi utilizado neste trabalho para caracterizar o módulo residual4.
Objetivo
Este trabalho tem como objetivo caracterizar um compósito carbono-epóxi, de modo a prever o decaimento do módulo elástico quando submetido à carregamentos cíclicos. Para isto foi utilizada a técnica de excitação por impulso (IET), a qual permitiu definir, ao final do processo, um módulo crítico.
Material e Métodos
Foi utilizado um compósito laminado de mariz epóxi reforçada com fibras de carbono não dobrável (NCF) quadriaxial, sendo utilizadas 8 camadas para garantir um volume de fibra maior que 50%, simétrico e balanceado. O sistema epóxi utilizado foi a Prism EP 2400 (Cytec), sendo os corpos de prova produzidos de acordo com a ASTM D3039 para o ensaio de tração, ensaio que fornece a resistência máxima, valor usado como referência para o ensaio de fadiga. A partir dai foi obtida a curva SxN e sendo os ensaios acompanhados pela técnica de excitação por impulso (IET) com a finalidade de obter o módulo critíco.
Resultados e Discussão
Ao analisar a curva ExN (Figura 1) pode-se observar um pequeno aumento no ponto inicial da curva, associado ao realinhamento de fibras na direção de aplicação de força, ocasionando um pequeno aumento no módulo elástico3. Para o corpo de prova que atingiu médio ciclo (CP4) destaca-se dois estágios característicos; um primeiro inicialmente quasi-linear, com decaimento constante do módulo até os 2x104 ciclos, acentuando-se mais bruscamente em 5x104 ciclos. Para os corpos de prova que atingiram baixo ciclo observa-se uma redução mais brusca do módulo; mostrando maior severidade no ensaio.
Figura 1: Fadiga acompanhado pelo IET
103 104 105
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Modulo (%)
Ciclos (N)
Cp1 (75%) cp4 (65%) cp5 (73%) cp7(70%) cp9(74%)
Neste procedimento não foi possível a visualização de um terceiro estágio como registrado em literatura2,3. Através da curva selecionou-se pontos mínimos. Obteve-se uma frequência média mínima (2500 Hz) entre os corpos de prova ensaiados. Espera-se uma melhor visualização do fenômeno para um menor a carga aplicada.
Conclusões
Experimentalmente a caracterização permitiu observar que, em certo momento, o valor de módulo elástico é severamente reduzido; fenômeno provavelmente relacionado às delaminações acentuadas ocorrentes no processo cíclico. A curva de módulo residual foi obtida sem utilização de Strain Gage ou múltiplos corpos de prova;
mostrando uma metodologia coerente.
Agradecimentos
À FEG-Unesp, à Prope, CNPq, pela bolsa de ações afirmativas,á FAPESP, à Capes e ao Grupo de fadiga e materiais aeronáuticos.
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1NETO,F. Levy Neto and L.C. Pardini, “Compósitos Estruturais”, 1 st ed, Editora Edgard Blücher LTDA,(2006).
2Gustavo B. Panosso, Análise de critérios de falhas baseados em fenômenos físicos para materiais compósitos laminados, UNICAMP,2011.
3W. Van Paepegem and J. Degneck, Int. J. Fatigue, 24,747-762 (2002).
4D.S.Paolino,H.Geng,A.Scattina,A.Tridello,M.P.Cavatorta,and G.Beligardi,Compos. Part B Eng,128,76-82 (2017).
