A influência do processo de cura nas propriedades do compósito estrutural carbono/epóxi fabricado via VARTM: processamento e caracterização

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Compósito estrutural carbono/epóxi via RTM para aplicação aeronáutica: processamento e caracterização

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Predição de vida em fadiga de compósitos estruturais baseado em análises dinâmico-mecânicas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desenvolvimento e implementação de algoritmo para análise de dutos fabricados ou reparados com material compósito carregados com pressão interna utilizando o método dos elementos finitos.

A integridade de dutos ganha importância à medida em que o desenvolvimento da indústria expande a malha para transportar líquidos e gases num contexto de aumento das exigências ambientais. Um importante aliado para manutenção da integridade de dutos são reparos de materiais compósitos. Estes materiais apresentam baixa densidade, capacidade de direcionar resistência de acordo com as direções das solicitações, execução de reparo a frio sem necessidade de interromper produção ou grande maquinário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de elementos finitos que permita avaliar os esforços e a resistência das paredes de um tubos fabricados ou reparados com laminados de material compósito carregados com pressão interna. Entre as vantagens de desenvolver um programa tem-se: agilidade de avaliação, menor custo com licença, menores exigências computacionais, possibilidade de desenvolver o programa e o melhor entendimento da modelagem dos fenômenos. Utiliza-se como entrada do programa o diâmetro do duto, pressão interna e parâmetros do laminado. A modelagem em elementos finitos é realizada a partir da teoria clássica de laminados. Aplicando o carregamento resultante da pressão interna, determina-se os deslocamentos e são calculadas as tensões e aplicado o critério de falha de Tsai-Hill em cada camada. Estudos experimentais e numéricos encontrados na literatura foram simulados com o programa gerado e os resultados para propriedades do laminado, tensões nos dutos e pressão de ruptura apresentam concordância com os resultados da literatura.O programa ainda tem sua estrutura modificada para encontrar a pressão de falha a partir dos dados do laminado. O programa implementado permite uma avaliação rápida de resistência do reparo e possibilita avaliar rapidamente a resposta a mudanças nos parâmetros de projeto do laminado.

Um modelo analítico e computacional para consideração de efeitos de envelhecimento em estruturas de material compósito

Os materiais compósitos reforçados por fibras apresentam vantagens quando comparados aos materiais de construção mais tradicionais como concreto e aço. Por outro lado, devido ao fato destes materiais serem relativamente recentes no mercado, questões a respeito de sua durabilidade são ainda objeto de discussão e faz-se necessária intensa pesquisa sobre o envelhecimento dos compósitos. Como conseqüência, recentemente têm surgido inúmeros trabalhos à respeito da degradação dos compósitos considerando efeitos como temperatura, oxidação, radiação UV, condições de carregamento, etc. A maioria destas pesquisas, no entanto, são realizadas a nível de material e não são diretamente aplicáveis à situações de projeto. Desta forma, existe grande demanda por novos estudos e dados compatíveis com aplicações estruturais. Neste trabalho apresenta-se um modelo analítico-numérico adequado para, interpretação e aplicação destes dados experimentais em análise e projeto de estrutural. A formulação proposta inclui relações constitutivas elásticas anisotrópicas com envelhecimento, relações constitutivas viscoelásticas anisotrópicas com envelhecimento em termos de variáveis de estado, análise de falhas com critério de degradação ajustado à idade do material e considera-se grandes deslocamentos e pequenas deformações. As diferenças essenciais entre os processos de envelhecimento em endurecimento e amolecimento são descritos juntamente com as relações constitutivas para cada caso. Estas equações são deduzidas na forma adequada para análise numérica via método dos elementos finitos usando uma solução incremental-iterativa com consideração de efeitos pos-críticos. Vários exemplos são apresentados, incluindo análises elásticas, viscoelásticas e de falha com envelhecimento.

Envelhecimento ambiental acelerado em PRF a base de tecidos híbridos kevlar/vidro: propriedades e instabilidade estrutural

There are a number of damaging mechanisms that various materials can suffer in service. However, when working with polymer composite materials, this is something that requires analysis, especially when exposed to adverse environmental conditions. Thus, the objective of the present thesis is the study of the direct influence of environmental aging and the form of hybridization of the reinforcement woven on the structural stability, surfacedegradation and fracture process of polymer composites laminates. For this, the development of two polymer composite laminates was necessary, where one of them was reinforced with a bi-directional woven with hybrid strandsofkevlar-49/glass-Efibers, and the other also with a bi-directionalwoven, however with weft and warpformed of alternating strandsof Kevlar-49 fibers and glass-E fiber The reinforcementwoven are industrially manufactured. Both laminates use a polyester resin as a matrixand are made up of four layers each. All laminates were industrially prepared by the hand lay-up method of manufacturing. To do this, test specimens were manufactured of the respective laminates and submitted to environmental aging accelerated through the aging chamber. They were exposed to alternating cycles of UV radiation and moisture (heated steam) for a standard defined period. At the end of the exposure period the specimens were subjected to mechanical tests of uniaxial tensile and bending in three points and to the characterizationsof the fracture and surface deterioration. In addition, they were submitted to a structural degradation assessment by the measurement of mass variation technique (MMVT) and the measurement of thickness variation technique (MTVT), this last technique being developed in this thesis. At the end of the analysis it was observed that the form of hybridization of the reinforcement woven and the aging process directly influence with losses or gain in mechanical properties, with losses in the structural degradation and in the formation and propagation of damage mechanism of the developedcomposite laminates

Efeitos da radiação uv, temperatura e vapor aquecido nos compósitos poliméricos: monitoramento, instabilidade estrutural e fratura

The application of composite materials and in particular the fiber-reinforced plastics (FRP) has gradually conquered space from the so called conventional materials. However, challenges have arisen when their application occurs in equipment and mechanical structures which will be exposed to harsh environmental conditions, especially when there is the influence of environmental degradation due to temperature, UV radiation and moisture in the mechanical performance of these structures, causing irreversible structural damage such as loss of dimensional stability, interfacial degradation, loss of mass, loss of structural properties and changes in the damage mechanism. In this context, the objective of this thesis is the development of a process for monitoring and modeling structural degradation, and the study of the physical and mechanical properties in FRP when in the presence of adverse environmental conditions (ageing). The mechanism of ageing is characterized by controlled environmental conditions of heated steam and ultraviolet radiation. For the research, it was necessary to develop three polymer composites. The first was a lamina of polyester resin reinforced with a short glass-E fiber mat (representing the layer exposed to ageing), and the other two were laminates, both of seven layers of reinforcement, one being made up only of short fibers of glass-E, and the other a hybrid type reinforced with fibers of glass-E/ fibers of curaua. It should be noted that the two laminates have the lamina of short glass-E fibers as a layer of the ageing process incidence. The specimens were removed from the composites mentioned and submitted to environmental ageing accelerated by an ageing chamber. To study the monitoring and modeling of degradation, the ageing cycles to which the lamina was exposed were: alternating cycles of UV radiation and heated steam, a cycle only of UV radiation and a cycle only of heated steam, for a period defined by norm. The laminates have already undergone only the alternating cycle of UV and heated steam. At the end of the exposure period the specimens were subjected to a structural stability assessment by means of the developed measurement of thickness variation technique (MTVT) and the measurement of mass variation technique (MMVT). Then they were subjected to the mechanical tests of uniaxial tension for the lamina and all the laminates, besides the bending test on three points for the laminates. This study was followed by characterization of the fracture and the surface degradation. Finally, a model was developed for the composites called Ageing Zone Diagram (AZD) for monitoring and predicting the tensile strength after the ageing processes. From the results it was observed that the process of degradation occurs Abstract Raimundo Nonato Barbosa Felipe xiv differently for each composite studied, although all were affected in certain way and that the most aggressive ageing process was that of UV radiation, and that the hybrid laminated fibers of glass-E/curaua composite was most affected in its mechanical properties

Compósito Polimérico Híbrido: Comportamento Mecãnico, Descotinuidade Geométrica e Resistência Residual

The growing demand in the use of hybrid composite materials makes it essential a better understanding of their behavior face of various design conditions, such as the presence of geometric discontinuities in the cross section of structural elements. This way, the purpose of this dissertation is a study of the mechanical response (strength and stiffness), modes (characteristics) of fracture and Residual Strength of an hybrid polymeric composite with and without a geometric discontinuity in its longitudinal section (with a reduction in the cross section) loaded by uniaxial tension. This geometric discontinuity is characterized by central holes of different diameters. The hybrid composite was fabricated as laminate (plate) and consisting of ortho-tereftalic polyester matrix reinforced by 04 outer layers of Jute fibers bidirectional fabrics and 01 central layer of E-glass bidirectional fabric. The laminate was industrially manufactured (Tecniplas Nordeste Indústria e Comércio Ltda.), obtained by the hand lay-up technique. Initially, a study of the volumetric density of the laminate was made in order to verify its use in lightweight structures. Also were performed comparative studies on the mechanical properties and fracture modes under the conditions of the specimens without the central hole and with the different holes. For evaluating the possible influence of the holes in the structural stability of the laminate, the Residual Strength of the composite was determined for each case of variation in hole diameter. As a complementary study, analyses of the macroscopic final fracture characteristic of the laminates were developed. The presence of the central hole of any sizes, negatively changed the ultimate tensile strength. Regarding the elastic modulus, moreover, the difference found between the specimens was within the range of tests displacement, showing the laminate stability related to the stiffness

Obtenção e caracterização de um compósito de poliuretano de mamona e pó de vidro para aplicações em insolantes térmicos

Thermal insulation is used to protect the heated or cooled surfaces by the low thermal conductivity materials. The rigid ricin polyurethane foams (PURM) are used for thermal insulation and depend on the type and concentration of blowing agent. Obtaining PURM occurs by the use of polyol, silicone, catalyst and blowing agent are pre -mixed, reacting with the isocyanate. The glass is reusable, returnable and recyclable heat insulating material, whose time of heat dissipation determines the degree of relaxation of its structure; and viscosity determines the conditions for fusion, operating temperatures, annealing, etc. The production of PURM composites with waste glass powder (PV) represents economical and renewable actions of manufacturing of thermal insulating materials. Based on these aspects, the study aimed to produce and characterize the PURM composites with PV, whose the mass percentages were 5, 10, 20, 30, 40 and 50 wt%. PURM was obtained commercially, while the PV was recycled from the tailings of the stoning process of a glassmaking; when the refining process was applied to obtain micrometer particles. The PURM + PV composites were studied taking into account the standard sample of pure PURM and the influence of the percentage of PV in this PURM matrix. The results of the chemical, physical and morphological characterization were discussed taking into account the difference in the microstructural morphology of the PURM+PV composites and the pure PURM, as well the results of the physicochemical, mechanical e thermophysical tests by values obtained of density, hardness, compressive strength, specific heat, thermal conductivity and diffusivity. In general, the structure of pure PURM showed large, elongated and regular pores, while PURM+PV composites showed irregular, small and rounded pores with shapeless cells. This may have contributed to reducing their mechanical strength, especially for PURM - PV50. The hardness and density were found to have a proportional relationship with the PV content on PURM matrix. The specific heat, thermal diffusivity and thermal conductivity showed proportional relationship to each other. So, this has been realized that the increasing the PV content on PURM matrix resulted in the rise of diffusivity and thermal conductivity and the decrease of the specific heat. However, the values obtained by the PURM composites were similar the values of pure PURM, mainly the PURM-PV5 and PURM-PV10. Therefore, these composites can be applied like thermal insulator; furthermore, their use could reduce the production costs and to preserve the environment

Desenvolvimento e caracterização de compósito processados por RTM para aplicação aeroespacial

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Otimização dinâmica de rotores com eixos em compósito

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Desenvolvimento de parafuso de interferência bioabsorvível para cirurgia de joelho em PLDL (poli ácido lático) e compósito PLDL + βTCP (beta trifosfato de cálcio)

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Painéis compósitos de betão leve: comportamento estrutural

Os sucessivos avanços tecnológicos permitem a criação de novos materiais de construção com características otimizadas ao uso que lhes é designado. Nesta categoria enquadram-se os materiais compósitos e mais concretamente os painéis compósitos de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® estudados neste documento. Neste documento faz-se uma abordagem aos conceitos de material compósito e uma breve análise histórica do seu uso. Descreve-se também sucintamente as características gerais dos painéis em estudo e exemplifica-se algumas aplicações do material até à presente data. São analisados testes de resistência efetuados ao material estudado e efetua-se a caracterização mecânica do mesmo. Verifica-se neste estudo que os painéis de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® possuem resistências mecânicas que permitem a sua utilização como parte integrante de um sistema estrutural. Sugere-se uma solução construtiva para uma estrutura que utilize os painéis estudados como elemento estrutural e os respetivos pormenores construtivos. É também sugerida uma metodologia de cálculo para dimensionar a estrutura analisada.

Painéis compósitos de betão leve: comportamento estrutural

Os sucessivos avanços tecnológicos permitem a criação de novos materiais de construção com características otimizadas ao uso que lhes é designado. Nesta categoria enquadram-se os materiais compósitos e mais concretamente os painéis compósitos de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® estudados neste documento. Neste documento faz-se uma abordagem aos conceitos de material compósito e uma breve análise histórica do seu uso. Descreve-se também sucintamente as características gerais dos painéis em estudo e exemplifica-se algumas aplicações do material até à presente data. São analisados testes de resistência efetuados ao material estudado e efetua-se a caracterização mecânica do mesmo. Verifica-se neste estudo que os painéis de betão aligeirado de EPS com revestimento superficial de placas Megapan® possuem resistências mecânicas que permitem a sua utilização como parte integrante de um sistema estrutural. Sugere-se uma solução construtiva para uma estrutura que utilize os painéis estudados como elemento estrutural e os respetivos pormenores construtivos. É também sugerida uma metodologia de cálculo para dimensionar a estrutura analisada.

Desenvolvimento de material compósito polimérico para utilização na confecção de troquéis

Na Odontologia, ao se confeccionar peças restauradoras dentárias, pela técnica indireta, o processo mais rotineiramente empregado utiliza um modelo de gesso, obtido a partir de um molde de elastômero, tomado de um dente preparado. Vários fatores podem influenciar na boa precisão de ajustes destas peças como o escoamento do material de vazamento dentro da moldagem, a compatibilidade do material de vazamento com o da moldagem, o tempo de presa, a estabilidade dimensional, a resistência mecânica do material quando da separação moldagem/modelo, a resistência a abrasão e a fidelidade de reprodução de detalhes. Materiais foram introduzidos na odontologia para utilização na confecção de troquéis no intuito de minimizar as desvantagens do gesso, como baixa resistência a abrasão e ligeira expansão de presa. Dentre eles os troquéis metalizados e as resinas epóxicas, que tem vantagens em relação às propriedades mecânicas, porém o primeiro exige técnica demorada e de alto custo e o segundo apresenta contração. O presente trabalho se propõe a testar uma nova composição de poliéster insaturado com estireno adicionado ao carbonato de cálcio em diferentes proporções (10, 20, 30, 40, 50, 60 e 70%) e compará-la ao gesso tipo IV e a resina epoxídica com óxido de alumínio, através de ensaios mecânicos, de abrasão e de alteração dimensional, para avaliar a possibilidade de sua utilização como material de confecção de troquéis para a construção de restaurações indiretas. Para caracterização dos materiais foram feitas análises de espectrometria no infravermelho, Calorimetria de varredura diferencial, termogravimétrica e Microscopia eletrônica de varredura. O compósito a base de poliéster insaturado com 50% de carbonato de cálcio se mostrou viável para utilização como material para troquel. Quando comparado aos materiais de controle mostrou propriedades mecânicas próximas as da resina epoxídica e bem superiores ao gesso, resistência a abrasão superior ao gesso e inferior a resina epoxídica e alteração dimensional próxima a resina epoxídica e maior ao gesso. Sendo a formulação do poliéster/carbonato de cálcio apenas constituída de polímero, catalisador e carga, é possível melhorar a formulação modificando a carga e/ou acrescentando aditivos visando minimizar a contração de polimerização.