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Estudo da progressão de danos em materiais compósitos (fibra de carbono/epóxi) sob fadiga em compressão

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dc.creator SOUZA, Angelo de
dc.date.issued 2023-05-28
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3728
dc.description.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. pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Ensaios de fadiga pt_BR
dc.subject Progressão de danos pt_BR
dc.subject Limite de deformação pt_BR
dc.subject Ciclos de histerese pt_BR
dc.subject Correlação digital de imagens pt_BR
dc.subject Termografia pt_BR
dc.subject Fractografia pt_BR
dc.title Estudo da progressão de danos em materiais compósitos (fibra de carbono/epóxi) sob fadiga em compressão pt_BR
dc.type Tese pt_BR
dc.date.available 2023-06-02
dc.date.available 2023-06-02T13:14:30Z
dc.date.accessioned 2023-06-02T13:14:30Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/7341208763545711 pt_BR
dc.contributor.advisor1 ANCELOTTI JUNIOR, Antonio Carlos
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/1216552811518794 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 GOMES, Guilherme Ferreira
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/4963257858781799 pt_BR
dc.description.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. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IEM - Instituto de Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA pt_BR
dc.relation.references SOUZA, Angelo de. Estudo da progressão de danos em materiais compósitos (fibra de carbono/epóxi) sob fadiga em compressão. 2023. 168 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2023 pt_BR


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