Laminados compósitos de PRFV: efeitos da descontinuidade geométrica e do envelhecimento ambiental acelerado

The growing demand in the use of composite materials necessitates a better understanding of its behavior related to many conditions of loading and service, as well as under several ways of connections involved in mechanisms of structural projects. Within these project conditions are highlighted the presence of geometrical discontinuities in the area of cross and longitudinal sections of structural elements and environmental conditions of work like UV radiation, moisture, heat, leading to a decrease in final mechanical response of the material. In this sense, this thesis aims to develop studies detailed (experimental and semi-empirical models) the effects caused by the presence of geometric discontinuity, more specifically, a central hole in the longitudinal section (with reduced cross section) and the influence of accelerated environmental aging on the mechanical properties and fracture mechanism of FGRP composite laminates under the action of uniaxial tensile loads. Studies on morphological behavior and structural degradation of composite laminates are performed by macroscopic and microscopic analysis of affected surfaces, in addition to evaluation by the Measurement technique for mass variation (TMVM). The accelerated environmental aging conditions are simulated by aging chamber. To study the simultaneous influence of aging/geometric discontinuity in the mechanical properties of composite laminates, a semiempirical model is proposed and called IE/FCPM Model. For the stress concentration due to the central hole, an analisys by failures criteria were performed by Average-Stress Criterion (ASC) and Point-Stress Criterion (PSC). Two polymeric composite laminates, manufactured industrially were studied: the first is only reinforced by short mats of fiberglass-E (LM) and the second where the reinforced by glass fiber/E comes in the form of bidirectional fabric (LT). In the conception configurations of laminates the anisotropy is crucial to the final mechanical response of the same. Finally, a comparative study of all parameters was performed for a better understanding of the results. How conclusive study, the characteristics of the final fracture of the laminate under all conditions that they were subjected, were analyzed. These analyzes were made at the macroscopic level (scanner) microscope (optical and scanning electron). At the end of the analyzes, it was observed that the degradation process occurs similarly for each composite researched, however, the LM composite compared to composite LT (configurations LT 0/90º and LT ±45º) proved to be more susceptible to loss of mechanical properties in both regarding with the central hole as well to accelerated environmental aging

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

A crescente demanda na utilização dos materiais compósitos torna imprescindível uma melhor compreensão do seu comportamento frente às mais diversas condições de carga e serviço, bem como sob as variadas formas de conexões envolvendo mecanismos nos projetos estruturais. Dentro dessas condições de projeto destaque se faz para a presença de descontinuidades geométricas na área de seções transversal e ou longitudinal dos elementos estruturais, assim como, condições ambientais de serviço como a radiação UV, a umidade, o calor, que levam a um decréscimo na resposta mecânica final do material. Neste sentido, essa tese tem como objetivo o desenvolvimento de estudos (experimental e modelos semi-empíricos) detalhados dos efeitos causados pela presença de descontinuidade geométrica, mais especificamente um furo concêntrico na seção longitudinal (com redução da seção transversal), assim como, da influência do envelhecimento ambiental acelerado nas propriedades mecânicas e mecanismo de fratura de laminados compósitos de PRFV sob a ação de cargas uniaxiais de tração. Estudos referentes ao comportamento morfológico e de degradação estrutural dos laminados compósitos são realizados, através de análises macroscópicas e microscópicas das superfícies afetadas, além da avaliação mediante a Técnica de Mediação de Variação de Massa (TMVM). As condições de envelhecimento ambiental acelerado serão simuladas através da câmara de envelhecimento. Para avaliação da influência simultânea do envelhecimento/descontinuidade geométrica nas propriedades mecânicas dos laminados compósitos, um modelo semi-empirico é proposto e denominado de Modelo IE/FCPM. Para o caso da presença da concentração de tensão devido ao furo concêntrico, a mesma é avaliada a partir do uso dos critérios de falhas da Tensão Média (Average-Stress Criterion) e da Tensão Pontual (Point-Stress Criterion). Dois laminados compósitos poliméricos, confeccionados industrialmente, foram estudados: o primeiro é unicamente reforçado com mantas de fibras curtas de vidro/E (LM) e o segundo onde o reforço de fibras de vidro/E vem na forma de tecido bidirecional (LT). Na concepção das configurações dos laminados a presença da anisotropia é fundamental para a resposta mecânica final dos mesmos. Por fim, um estudo comparativo entre todos os parâmetros foi realizado para uma melhor compreensão dos resultados. Como estudo conclusivo, as características da fratura final dos laminados sob todas as condições que os mesmos foram submetidos, foram analisadas. Essas análises foram feitas em níveis macroscópico (scanner) microscópico (óptico e eletrônico de varredura). Ao término das análises foi observado que o processo de degradação se dá de forma semelhante para cada compósito pesquisado, no entanto, o laminado compósito LM quando comparado às configurações LT 0/90º e LT ±45º do laminado compósito LT, se mostrou mais susceptível a perda de propriedades mecânicas tanto em relação à presença do furo concêntrico como em relação ao envelhecimento ambiental acelerado