Aeronautics. Introdução. Comp. P. elás. resist. Tenac. Notas gerais. Conclusões
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- Giovana Bacelar Brezinski
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1 Ensaios mecânicos em materiais compósitos 08 de Novembro de 2005 Silvestre T Pinho, Pedro P Camanho Aeronautics 1 Nas últimas duas aulas vimos o que é a rotura (depende ) diferentes critérios e modelos camada laminado estrutura que ferramentas numéricas existem para aplicar critérios e modelos de rotura a componentes e estruturas exemplos de como aplicar alguns desses modelos 08 de Novembro de
2 Nesta aula vamos ver como obtemos experimentalmente determinadas propriedades (elásticas, resistência, tenacidade, composição, ) necessárias para comparar e seleccionar materiais aplicar critérios e modelos de rotura algumas considerações práticas na realização de ensaios 08 de Novembro de Objectivos Necessidade de recorrer à experimentação Exemplos concretos de ensaios mecânicos Vantagens de usar ensaios normalizados Aspectos a ter em atenção durante os ensaios 08 de Novembro de
3 Sumário da aula : Composição de um compósito Propriedades elásticas e resistência Tenacidade 08 de Novembro de Qual a necessidade de recorrer à experimentação? 20mm 10mm 08 de Novembro de
4 Objectivos de diferentes tipos de ensaios Determinar a composição do compósito Caracterizar o comportamento do compósito em regime elástico Determinar a resistência do compósito para diferentes modos de rotura Determinar a tenacidade do compósito para diferentes modos de rotura 08 de Novembro de Determinar a composição do compósito Densidade: ASTM D Fracção volúmica de fibras Métodos ópticos Dissolução da matriz em ácido: ASTM D de Novembro de
5 Determinar a composição do compósito Conteúdo de Vazios (CV): ASTM D Fabrico de qualidade: CV 1% Humidade: comparação de peso antes e após secagem. Valores típicos em compósitos de matriz polimérica: 1 a 2% 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Tracção a 0º e 90º Compó Compósito End tab Tracç Tracção a 90º 90º Tracç Tracção a 0º 0º Fibras ras Fib 10mm Extensó Extensómetro 08 de Novembro de mm
6 Propriedades elásticas e resistência Tracção a 0º e 90º Normas: ASTM D3039/ ISO 527/ BS 2782/ CRAG Colagem de end tabs : deformação de rotura do adesivo superior à deformação de rotura do compósito e tensão de rotura ao corte do adesivo superior a 30 MPa. Propriedades obtidas: E 1, E 2, ν 12, X T, Y T. p. elásticas resistência 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Tracção a 0º e 90º Extensómetros com fios previamente soldados e de elevada resistência eléctrica. Tentar assegurar um alinhamento correcto: 2º de erro no alinhamento leva a diferenças de aproximadamente 15% nas propriedades medidas. Preparação da superfície e boa colagem: a deformação no extensómetro deve ser representativa da deformação no provete 08 de Novembro de
7 Propriedades elásticas e resistência Compressão a 0º e 90º ASTM D695 (não recomendada em compósitos de elevada resistência) ASTM D3410/ D3410M (1995) Fixação Celanese Fixação IITRI Fixação ICSTM Imperial College rig 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Compressão a 0º e 90º 08 de Novembro de
8 Fibras Fibras Propriedades elásticas e resistência Compressão a 0º e 90º (IC rig) Fio do extensó- metro Parte fixa Guias Parte móvel Contacto num sós ponto Provete Parafusos de aperto 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Compressão a 0º e 90º 0º Fibras 90º extensómetro 08 de Novembro de
9 Propriedades elásticas e resistência Compressão a 0º e 90º Cuidados a ter: Transmissão da carga ao provete Evitar encurvadura 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Corte diferentes testes Provete (±45º) 8s : ASTM D3518 Provete off-axis 10º Iosipescu. ASTM D5379 (1993) Two-rail shear test. ASTM D4255 (1983) V-Notched. ASTM D7078 (2005) 08 de Novembro de
10 Propriedades elásticas e resistência Corte: Iosipescu 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D de Novembro de
11 Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D de Novembro de
12 Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D de Novembro de
13 Propriedades elásticas e resistência Corte teste (±45º) 8s : ASTM D3518 É necessária precaução na interpretação dos resultados: o comportamento não linear ao corte não é uma propriedade intrínseca da camada, mas depende do laminado onde a camada está inserida 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Corte diferentes testes 08 de Novembro de
14 Propriedades elásticas e resistência Corte diferentes testes 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Flexão Os testes em flexão são necessários para determinar o módulo de elasticidade à flexão. Mas porque é que o módulo de elasticidade à flexão não é igual ao módulo de elasticidade à tracção?... mesmo que o módulo de elasticidade à compressão seja igual ao módulo de elasticidade à tracção? 08 de Novembro de
15 Propriedades elásticas e resistência Flexão Considerando um laminado de carbonoepoxido (0º) 4, os módulos de Young do laminado determinados utilizando um ensaio de tracção e flexão, E T1 (E T2 ) e E F1 (E F2 ) respectivamente, são iguais: E T1 = E F1 =129 GPa; E T2 = E F2 =9.5 GPa. 08 de Novembro de Propriedades elásticas e resistência Flexão Se o laminado tiver duas camadas ricas em resina (CRR) de 0.1 mm de espessura, (0º/CRR/0º) s, os módulos de Young determinados utilizando um ensaio de tracção e flexão, E T1 (E T2 ) e E F1 (E F2 ) são diferentes: E T1 = GPa; E T2 = 8.75GPa; E F1 = GPa; E F2 = 8.92 GPa. 08 de Novembro de
16 Propriedades elásticas e resistência Flexão: ASTM D790M/ BS 2782/ ISO de Novembro de Tenacidade interlaminar Delaminagem (crescimento de uma fissura entre as camadas) 08 de Novembro de
17 Tenacidade interlaminar : Modo I Modo I: existe uma abertura da fissura 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar : Modo II Modo II: existe um carregamento em corte da fissura 08 de Novembro de
18 Tenacidade interlaminar : Modo Misto I e II Modo Misto I e II: existe uma abertura e um carregamento em corte da fissura 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo I 08 de Novembro de
19 Tenacidade interlaminar Modo I: DCB (Double Cantilever Beam): ASTM D P A P U = Material Property = GIC A P A P U = Material Property = GIC A 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo I: DCB (Double Cantilever Beam): ASTM D de Novembro de
20 Tenacidade interlaminar Modo I: DCB (Double Cantilever Beam): ASTM D de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo I: DCB (Double Cantilever Beam): ASTM D G IC (kj/m 2 ) Average = kj/m 2 Coef. of var. = 4.5% DCB01 DCB02 DCB03 DCB04 DCB a (mm) 08 de Novembro de
21 Tenacidade interlaminar Modo II 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo II: 4ENF 08 de Novembro de
22 Tenacidade interlaminar Modo II: 4ENF 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo II: 4ENF 08 de Novembro de
23 Tenacidade interlaminar Modo II: 4ENF G IIC (kn/mm 2 ) ENF01 4ENF02 4ENF03 4ENF04 4ENF05 Average = kj/m 2 Coef. var. = 6.8% a (mm) 08 de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo Misto I e II 08 de Novembro de
24 Tenacidade interlaminar Modo Misto I e II: MMB (Mixed Mode Bending): ASTM D de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo Misto I e II: MMB (Mixed Mode Bending): ASTM D de Novembro de
25 Tenacidade interlaminar Modo Misto I e II: MMB (Mixed Mode Bending): ASTM D de Novembro de Tenacidade interlaminar Modo I Modo Misto I e II Modo II G tot (kj/m 2 ) Experimental (average) Experimental (one test) 2 Standard deviations G II /G tot 08 de Novembro de
26 Rubbish in rubbish out Produção cuidada dos laminados para provetes Produção cuidada dos provetes Medição individual cuidada de cada provete Calibração dos equipamentos (eg células de carga) 08 de Novembro de Better safe than sorry Registar todos os dados relativos aos testes realizados, bem como ao fabrico dos provetes (datas, temperaturas, equipamentos usados, ) Se possível e necessário, usar mais que um método para registar a mesma grandeza (eg sistema fotogramétrico e óptico para registar um comprimento de fissura) Tentar prever o que pode correr mal, e planear como resolver a situação antes que ela aconteça, caso aconteça. 08 de Novembro de
27 Better safe than sorry Tentar prever o que pode correr mal, e planear como resolver a situação antes que ela aconteça, caso aconteça. Exemplo: É frequente perderem-se os primeiros testes Os primeiros testes, até se ter a certeza de que tudo está controlado (aplicação de carga, sistemas de aquisição de dados), podem ser realizados com provetes falsos 08 de Novembro de Better safe than sorry Tentar prever o que pode correr mal, e planear como resolver a situação antes que ela aconteça, caso aconteça. Exemplo: Por vezes, os resultados depois de tratados não fazem sentido (eg porque havia um problema na calibração da máquina). Depois do primeiro teste (a sério): parar, fazer a redução de dados e verificar que os resultados obtidos fazem sentido. Especialmente se os testes envolvem partir os provetes. Porquê? 08 de Novembro de
28 Better safe than sorry Tentar prever o que pode correr mal, e planear como resolver a situação antes que ela aconteça, caso aconteça. Exemplo: Alguns provetes podem ser danificados acidentalmente antes do teste fabricar mais provetes do que o mínimo que a norma aconselha (A melhor forma de poupar tempo e dinheiro é garantir que só se faz cada coisa uma vez) 08 de Novembro de Higiene e segurança Máscaras, óculos, botas de protecção, luvas e protecções para os ouvidos devem ser usados em determinadas circunstâncias Todos os equipamentos e laboratórios devem ter procedimentos de utilização, de trabalho e de segurança que devem ser conhecidos e respeitados Vale a pena ficar sem um dedo por falta de planeamento ou organização? Seguros 08 de Novembro de
29 Significância dos resultados obtidos Variabilidade das propriedades materiais implica que vários testes (em geral 5, mas depende do tipo de teste) sejam necessários para caracterizar cada propriedade Se possível, usar ensaios normalizados. Porquê? Se possível, usar equipamento certificado. Porquê? 08 de Novembro de Recapitulação Necessidade de recorrer à experimentação Diferentes tipos de testes para a caracterização da composição, das propriedades elásticas, da resistência e da tenacidade Considerações práticas sobre a realização de testes 08 de Novembro de
30 A composição, as propriedades elásticas e a tenacidade de um material compósito podem ser determinadas usando ensaios mecânicos normalizados O procedimento a seguir para preparar e ensaiar os provetes, bem como o processo de redução de dados é explicado em cada norma Para além do procedimento indicado na norma, outros procedimentos específicos do laboratório onde o trabalho é executado devem ser também respeitados 08 de Novembro de Apontamentos Esta apresentação, bem como outras notas, encontram-se em: Perguntas? 08 de Novembro de
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