Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Estudo da progressão de danos em materiais compósitos (fibra de carbono/epóxi) sob fadiga em compressão
Autor(es): SOUZA, Angelo de
Primeiro Orientador: ANCELOTTI JUNIOR, Antonio Carlos
metadata.dc.contributor.advisor-co1: GOMES, Guilherme Ferreira
Resumo: A utilização de materiais compósitos nos mais variados setores industriais tem aumentado consideravelmente nos últimos anos, principalmente os reforçados com tecidos de fibra de carbono/resina epóxi bidirecionais. Estes, nas mais variadas aplicações em que são utilizados, experimentam vários tipos de solicitações possíveis, sendo uma delas, as solicitações em compressão. Com esse uso crescente e relatos de falhas em estruturas, quando submetidos a solicitações em compressão, existe a necessidade de compreender melhor seu comportamento quando expostos a este tipo de solicitação. Neste contexto, um conjunto experimental de dados para mensurar a progressão de danos, considerando, carregamentos cíclicos em compressão de um laminado compósito bidirecional é apresentado, envolvendo desde a caracterização mecânica estática e em fadiga, identificação do limite de deformação em fadiga para vidas até 120.000 ciclos e 240.000 ciclos, mapeamento dos danos por meio de parâmetros de danos extraídos dos ciclos de histerese, dados de gradientes de deformação extraídos por Correlação Digital de Imagens (DIC), dados de temperatura obtidos por câmera termográfica, caracterização dos modos de falha e resultados de um estudo sobre os mecanismos de falha, realizados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Embora muitos estudos tenham sido relatados na literatura sobre a progressão de danos em materiais compósitos, muito poucos se concentraram na análise de fadiga por compressão de compósitos bidirecionais, utilizando análises analíticas, numéricas e experimentais. A termografia mostrou-se útil na avaliação rápida do dano por fadiga, e na determinação do limite de resistência à fadiga. Com a obtenção dos ciclos de histerese, um mapeamento da progressão de danos para tensões próximas ao limite de deformação foi realizado, por meio de índice de danos acumulados, fator de perda e degradação da rigidez. Com os mapas de deformações obtidos por DIC, observou-se que as deformações não são uniformes ao longo da superfície da amostra, evidenciando que o material compósito exibe uma heterogeneidade mecânica intrínseca. Por fim, aspectos fractográficos das superfícies de fratura das amostras dos ensaios estáticos, fadiga e de histerese foram analisados por microscopia eletrônica de varredura. As análises mostraram que as superfícies de fratura eram ricas em aspectos fractográficos e o quão importante é o uso desta ferramenta para a compreensão de como a combinação de diferentes mecanismos de falha se interagem e levam a falha do material compósito.
Abstract: The use of composite materials in the most varied industrial sectors has increased considerably in recent years, especially those reinforced with bidirectional carbon fiber/epoxy resin fabrics. These, in the most varied applications in which they are used, experience several types of possible requests, one of them being compression requests. With this increasing use and reports of failures in structures, when submitted to compression requests, there is a need to better understand their behavior when exposed to this type of request. In this context, an experimental set of data to measure damage progression, considering cyclic loads in compression of a bidirectional composite laminate, is presented, involving static and fatigue mechanical characterization, identification of the fatigue deformation limit for lives up to 120,000 cycles and 240,000 cycles, damage mapping through damage parameters extracted from hysteresis cycles, deformation gradient data extracted by Digital Image Correlation (DIC), temperature data obtained by a thermographic camera, characterization of failure modes, and results of a study on the failure mechanisms, performed by scanning electron microscopy (SEM). Although many studies have been reported in the literature on damage progression in composite materials, very few have focused on the analysis of compression fatigue in bidirectional composites using analytical, numerical, and experimental analyses. Thermography proved to be useful in the rapid assessment of fatigue damage and in determining the fatigue strength limit. By obtaining the hysteresis cycles, a mapping of the damage progression for stresses close to the deformation limit was carried out, using the accumulated damage index, loss fator, and stiffness degradation. With the deformation maps obtained by DIC, it was observed that the deformations are not uniform along the surface of the sample, showing that the composite material exhibits an intrinsic mechanical heterogeneity. Finally, fractographic aspects of the fracture surfaces of samples from static, fatigue, and hysteresis tests were analyzed by scanning electron microscopy. The analyses showed that the fracture surfaces were rich in fractographic aspects, and how important is the use of this tool for understanding how the combination of different failure mechanisms interacts and leads to failure of the composite material.
Palavras-chave: Ensaios de fadiga
Progressão de danos
Limite de deformação
Ciclos de histerese
Correlação digital de imagens
Termografia
Fractografia
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3728
Data do documento: 28-Mai-2023
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