Influência da Fadiga Mecânica na Velocidade de Propagação da Onda Longitudinal Criticamente Refratada em Compósito Laminado Carbono/Epóxi

Abstract

Os materiais compósitos têm revolucionado a indústria de uma maneira geral nas últimas décadas e, dentre as muitas possibilidades existentes hoje para a fabricação de uma peça ou estrutura em material compósito, nota-se, a nível estrutural, o uso mais intenso dos laminados carbono/epóxi com as fibras de reforço bidirecionais. Este material, apesar de reunir propriedades mecânicas extremamente úteis, como elevada resistência mecânica e baixo peso específico, tem seu comportamento sob a ação de cargas cíclicas ainda pouco conhecido, pois a maioria das pesquisas dirigidas a materiais compósitos poliméricos reforçados com fibras nessas condições recaem sobre compósitos unidirecionais. É possível associar diretamente o estado de tensão de um material com a velocidade de propagação de uma onda elástica neste, sendo tal relação explicitada através do efeito acustoelástico. Sabe-se também que o processo de danificação em um material compósito devido à ação de cargas cíclicas (fadiga) é um processo acumulativo e que também provoca modificações no seu estado de tensão. O objetivo deste trabalho é verificar os efeitos causados pela fadiga mecânica na velocidade de propagação de uma onda ultrassônica longitudinal criticamente refratada (Lcr) em um compósito laminado de matriz polimérica (epóxi) reforçado com tecido de carbono do tipo plain weave em que as mechas estão posicionadas a 0° e 90°. Pretende-se dessa forma, avançar na direção do desenvolvimento de um método não destrutivo para avaliação da vida útil restante de um componente fabricado com esse tipo de material, sob a ação de cargas cíclicas, capaz de correlacionar o fenômeno da fadiga com a velocidade da onda Lcr⁡ neste tipo de material. A indução ao surgimento de danos internos no material se dá através de ensaios dinâmicos tração-tração com amplitude de carga constante e a variação da velocidade de propagação da onda é determinada indiretamente através de medições do tempo de percurso (TOF) ao percorrer um trajeto pré-determinado no material. A medida da variação do tempo de percurso é feita através de uma técnica não destrutiva de inspeção por ultrassom com transmissão direta do tipo A (A-Scan). A influência da carga sobre o TOF é confirmada como linear e inversamente proporcional, com o valor da constante acustoelástica obtida de - 6,46 (adimensional) para o material sem fadiga. Na condição pós-fadiga, o fator acustoelástico sofre um decréscimo que variou entre 1,71% a 21,1%. Finalmente, a correlação esperada entre dano acumulado e TOF é desenvolvida, mostrando uma tendência exponencial de aumento do tempo de percurso da onda conforme os níveis de dano interno no material aumentam.