Análise de Modos de Falha em Compósitos de Carbono/Epóxi submetidos a carregamentos de Tração e Compressão e monitorados por Emissão Acústica.

Abstract

Em diversos setores industriais o uso de materiais compósitos tem crescido de forma considerável nos últimos tempos. Um importante desenvolvimento tem sido a utilização de matrizes poliméricas reforçadas com fibras de carbono, para fabricação de próteses de membros inferiores. A indústria da reabilitação está seguindo uma forte tendência de utilizar cada vez mais esta classe de materiais. Entretanto, para se produzir e utilizar componentes feitos com este tipo de material, antes de mais nada, seu comportamento em serviço no que diz respeito ao processo de falhas a que se está sujeito, deve ser muito bem explorado e conhecido. A técnica de Emissão Acústica (também conhecida por EA) atualmente tem sido alvo de vários estudos, e vem atuando como forte aliada na detecção de danos estruturais em materiais compósitos, de forma muito eficaz. Com a utilização desta técnica o início do processo de danos, bem como os mecanismos de sua propagação podem ser investigados e atuar como ferramenta para caracterização de falhas nestes materiais. O presente estudo se propôs a analisar os mecanismos de falha que ocorrem em compósitos de carbono/epóxi quando sujeitos a carregamentos de tração e compressão, através de resultados gerados pela técnica de EA e aplicação de reconhecimento de padrões. Laminados unidirecionais de fibras de carbono pré-impregnado foram fabricados utilizando bolsa de vácuo. As amostras foram fabricadas para testes de tração com orientações a 0º, 90º e ±45º. Durante os ensaios de tração, cada amostra foi monitorada por EA e os dados foram coletados para posteriormente serem aplicadas técnicas de reconhecimento de padrões através do algoritmo k-médias, para caracterização dos modos de falha de cada amostra ensaiada. Como estudo de caso neste trabalho, foi efetuado o mesmo procedimento descrito para as amostras unidirecionais, objetivando caracterizar os modos de falhas de uma prótese transtibial, também fabricada em CFRP, submetida a cargas de compressão. Durante os testes, todas as amostras tiveram mapeadas suas faixas de amplitude, frequência, energia, tempo de subida e duração, sendo que as amostras unidirecionais também tiveram mapeados seus níveis de carga e instante de início e término de cada modo de falha, identificado de acordo com a metodologia proposta neste trabalho. Os resultados mostraram que cada modo de falha a que o material está sujeito, pode ser mapeado com precisão, e que esta metodologia pode trazer excelentes resultados para a previsão de falhas, inclusive em produtos acabados, fabricados em materiais compósitos.