Avaliação dos Danos Produzidos por Fadiga Sônica “Simulada por Vibrações” em Materiais Compósitos Fibra de Carbono/Epóxi.

Abstract

Os grandes avanços que tem tido a indústria aeronáutica nas últimas décadas tem exigido o uso de novos materiais assim como a utilização de técnicas de monitoramento que permitam a prevenção de danos que possam vir a causar falhas catastróficas. Este trabalho tem como objetivo principal, avaliar os danos produzidos por fadiga sônica em materiais compósitos de fibra de carbono/epóxi, por meio da aplicação de cargas cíclicas produzidas por vibrações acústicas. Para suportar estes carregamentos é de grande importância a escolha de parâmetros como a sequência de empilhamento, número de camadas e volume de fibra do laminado. Fabricaram-se amostras do tipo viga com fibras orientadas a [(0/90)₂/0]s, [(90/0)₂/90]s e [(+45/-45)₂/+45]s. Foram feitos ensaios de vibração livre e vibração forçada sob a condição de contorno engastada–livre com o intuito de simular fadiga sônica nestes materiais e deste modo observar o decaimento das frequências naturais. Efetuaram-se ensaios de resistência máxima a tração e resistência máxima ao cisalhamento no plano após submeter os corpos à fadiga sônica a fim de verificar a perda de resistência do material. Realizaram-se ensaios de DMA ao início e ao final dos experimentos para comparar o comportamento do material a 1Hz, 5Hz, 10Hz e 50 Hz e avaliar o comportamento do material segundo o domínio de fibra e matriz. Esta análise foi feita plotando os gráficos da curva tan δ vs temperatura. A microscopia óptica foi usada para verificar a presença de porosidade nas vigas, delaminações e para detectar micro trincas ou defeitos ao longo da espessura. A microscopia foi realizada ao início e final dos experimentos para observar a geração de danos após submeter os amostras a fadiga. Foi usado o método de correlação digital de imagens durante os ensaios estáticos para acompanhar a evolução dos danos por meio do mapa de deformação, obtendo uma variação nos pixels, o que indica que há uma deformação no material. Posteriormente aplicou-se líquido penetrante para conferir com mais detalhe os danos que se produziram durante o desenvolvimento dos ensaios. Os dados experimentais obtidos demostraram que com o aumento do número de ciclos, laminados com predominância das propriedades da matriz, tendem a sofrer danos prematuramente em diferença aqueles com predominância da fibra, já que este último tende a se degradar mais lento pela resistência que opõe o reforço; portanto serão observadas reduções notáveis nas frequências naturais e no módulo elástico. Os ensaios de DMA, o método de correlação digital de imagens, líquido penetrante e microscopia mostraram-se eficientes como técnicas de avaliação de danos pelo fato de serem métodos não invasivos e fornecerem resultados coerentes.