Influência da porosidade na resistência à fadiga de compósitos de fibra de carbono/epóxi

• Autor(a) principal: Antonio Carlos Ancelotti Júnior
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do ITA
• Texto Completo: http://www.bd.bibl.ita.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=1913
• topic: Materiais compósitos; Porosidade; Resistência à fadiga; Propriedades mecânicas; Fibras de carbono; Resinas epóxicas; Engenharia de materiais

O uso de materiais compósitos, em especial os de fibra de carbono/resina epóxi, tem aumentado consideravelmente para aplicações estruturais na indústria aeronáutica. Um dos defeitos mais comuns ao processamento de compósitos refere-se à formação de vazios ou porosidade. A porosidade causa a redução das propriedades mecânicas e por isso, torna-se importante avaliar o comportamento do material na presença deste tipo de defeito. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades mecânicas estáticas e em fadiga de um compósito de fibra de carbono/resina epóxi com volume de vazios entre 0,3 e 10%, utilizado na indústria aeronáutica. As propriedades em tração (influenciadas pela direção do reforço) e cisalhamento no plano (influenciadas pela matriz) foram escolhidas para o desenvolvimento do trabalho por apresentarem espectros distintos de propriedade. O critério de Mar-Lin foi utilizado na predição da resistência mecânica estática do compósito com volume de vazios superior ao volume crítico de vazios. Em fadiga, os compósitos foram avaliados quanto ao limite de deformação e por meio de ensaios de histerese. A metodologia experimental para identificação do limite de deformação envolveu a determinação da tensão residual após ensaio cíclico limitado até 120.000 ciclos, com frequência de 12 Hz e razão de tensão R=0,1, a diferentes níveis de deformação. O presente trabalho preconiza que o limite de deformação corresponde à deformação na qual a tensão residual se iguala à tensão de projeto (tensão reduzida estatisticamente ao valor de base B). Os ensaios de histerese foram realizados para mensurar o acúmulo de danos no material quando solicitado nas proximidades do limite de deformação. Os resultados mostram que a porosidade tem efeito deletério nas propriedades estáticas e de fadiga, principalmente em cisalhamento, em função do domínio da matriz. Por fim, os modelos propostos para predição do limite de deformação em tração e cisalhamento, elaborados a partir da junção de modelos para tensão residual, vida em fadiga (S-N) e o critério de Mar-Lin, são consistentes com os resultados experimentais.