Compósitos. Ref. Callister cap.16

Transcrição

1 186 Copósitos Re. Callister ap.16

2 Requisitos 187 Objetivo: lutuar Políero ipereável Propriedade: Baixa densidade Espua

3 Materiais Copósitos 188

4 Otiização de Projeto 189 Políero ipereável Espua ibras de idro O projeto da estrutura só será otiizado usando as propriedades de diversos ateriais, que isoladaente não onseguiria realizar a unção desejada para aquela estrutura.

5 Resistênia espeíia () aço 1040 epoxi Al 2048 Ti-5Al-2.5Sn vidro/epoxi Al 2 O 3 /epoxi Carbono/epoxi kevlar/epoxi adeira Resistênia Espeíia 190 São ateriais que busa onjugar as propriedades de dois tipos de ateriais distintos, para obter u aterial superior Resistênia espeíia: Resistênia/densidade Parâetro rítio e apliações que exige ateriais ortes e de baixa densidade. Ex: indústria aeroespaial. O usto alto do aterial é opensado pela eonoia de obustível obtida graças à redução de peso.

6 A Estrutura dos Copósitos 191 Na pranha de sur o políero ipereável é ua resina poliéster (terorrígido), que serve oo atriz para anter ixas e suas posições as ibras que atua oo reorço. Miroestrutura de u opósito te pelo enos duas ases: a atriz ontínua e o reorço. Matriz ibras

7 192

8 Copósitos - Exeplos 193 Tipo de opósito ais ou Poliéster reorçada por ibras de vidro Carroeria Guarda-orpo Estruturas pré-oldadas

9 Classiiação dos Copósitos 194 Classiiação e unção da ora do Reorço Materiais opósitos Partiulados Reorçados por ibras Estruturais Contínuas Desontínuas Lainados Painéis sandwih

10 Partiulados 195 Cerets (erâio/etal) Ex: Carbeto eentado oposto de partíulas ultra-duras de arbetos (WC ou TiC) nua atriz etália (Co ou Ni). Utilizado oo erraentas de orte para aços e outros ateriais duros. Políero/etal Ex: Borraha para pneus oposta por u elastôero e arbonblak (negro de uo), partíulas de arbono, que auenta o liite de resistênia, tenaidade e resistênia a abrasão. Borraha C 0,75 µ

11 Partiulados 196 Cerâio/erâio Ex: Conreto, orado por iento, areia, asalho e água. As partíulas de areia preehe os espaços deixados pelo asalho. Areia e asalho são ais baratos do que o iento. Ex: Conreto arado, oposto por onreto e barras de erro ou aço que elhora a resposta eânia do aterial. Aço é adequado porque te o eso oeiiente de dilatação do onreto, não é orroído neste abiente e ora boa ligação o o onreto.

12 Reorçados por ibras 197 Liga de Prata Cobre ibras de vidro Matriz poliéria ibras de Carbono.

13 Lainados 198 São olhas (lâinas) de ibras ontínuas ontadas de odo que ada aada possui ibras orientadas e ua dada direção.

14 Exeplo Ski Moderno 199

15 Coportaento Meânio 200 O oportaento eânio dos opósitos será, e geral, anisotrópio. Direções dierentes possue propriedades eânias dierentes aos desenvolver os álulos nas seguintes ondições Copósito reorçado o ibras alinhadas. Cálulo de propriedades eânias e duas direções Longitudinal ao longo do eixo das ibras Transversal ortogonal ao eixo das ibras aos obter o ódulo de Young (E) e a partição de arga.

16 Cálulo do Módulo Longitudinal 201 Carregaento na direção do eixo das ibras onsiderando que há ua ligação pereita entre a atriz e as ibras, a deoração é idêntia para ibras e atriz. a ondição de ontorno do odelo é de iso-deoração: = = Soa das orças = + A = A + A = (A /A ) + (A /A ) Se os oprientos são todos idêntios, as rações de área são iguais às rações de volue da atriz ( ) e das ibras ( ). Assi = + e lebrando que = = / ) = ( / ) + ( / ) E = E + E

17 Cálulo do Módulo Transversal 202 Carregaento transversal às ibras Neste aso a tensão é igual para o opósito e as duas ases. (ondição de iso-tensão) = = = Soa dos alongaentos Coo: [ = + ] A deoração total do opósito será = + e lebrando que = /E /E ) = (/E ) + (/E ) dividindo por 1 E T E 1 E 1 Este últio álulo não é tão preiso quanto o anterior, porque o pressuposto de estresse igual não é totalente válido - partes da atriz serão protegidas de estresse pelas ibras. E as ibras serão protegidas de estresse pela atriz.

18 203 Razão das argas A A as oo e e e e E e E então A e E A e E e E E Transerênia de arga No aso de arregaento longitudinal, de u opósito reorçado por ibras alinhadas, a arga se distribui entre a atriz e o reorço. E sendo assi é possível álular a partição de argas na ora a seguir.

19 Regra das Misturas 205 Para opósitos reorçados o ibras (se elas são ontínuas e unidireionais), a regra da istura perite aos engenheiros prever a densidade do opósito, as ondutividades elétria e téria ao longo da direção das ibras. (Na verdade, para a densidade, a regra vale para opósitos o qualquer tipo de reorço). A densidade, r, é dada por: r r r Note que 1 A ondutividade téria por: A ondutividade elétria por: K K K Estas equações perite estiar o quanto de energia téria ou elétria pode ser transerida através do opósito e ua taxa que é proporional à ração voluétria,, do aterial ondutor.

20 Módulo de Young x ração de Carga 206 As ondições isodeoração e isotensão são os liites superior e inerior dos valores das propriedades eânias dos opósitos. Ex: ibra de vidro (iber Glass) Matriz: epóxi E = 6.9x10 3 MPa ibra: vidro E = 72.4x10 3 MPa = 60% Iso-deoração (isostrain) E = 0.4 x x 72.4 = 46.2 x 10 3 MPa Iso-tensão (isostress) E = 6.9 x 72.4 =15.1 x 10 3 MPa 0.4 x x 6.9

21 Exeplo 207 U opósito de resina poliéster (E = 3,4 GPa) reorçada por ibras de vidro (E = 69 GPa) oi abriado o ração voluétria de ibras de 40%. Se a seção transversal desse opósito vale e ua tensão noral de 48,3 MPa é apliada na direção das ibras, alule a arga suportada pelas ibras e pela atriz. Resolução E E 69 3,4 0,4 0,6 13, 3 A 48, N N N

22 Alguns Links Interessantes 208 Sports Materials: Polyers and Coposites in Skis iber Reinored Polyers or Civil Inrastruture posites/op_intro.