Desenvolvimento e caracterização de compósito processados por RTM para aplicação aeroespacial

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

Comportamento mecânico de material compósito de matriz poliéster reforçado por sistema híbrido fibras naturais e resíduos da indústria madeireira

Neste trabalho, materiais compósitos de matriz poliéster reforçados por fibras curtas de sisal, por resíduo de madeira e por sistema híbrido sisal/resíduo de madeira, dispostos aleatoriamente foram produzidos, utilizando-se o menor nível possível de processamento tecnológico nas etapas produtivas, com vistas a se produzir um compósito tecnicamente viável a pequenos produtores. A matriz de poliéster utilizada foi a tereftálica pré-acelerada com naftenato de cobalto e curada a temperatura ambiente com peróxido de metil-etil-cetona (MEK) em diferentes proporções em relação à resina, 0,33%, 1,66%, 3,33% e 5,00% em volume, de forma a se avaliar a influência deste nas propriedades mecânicas. As fibras de sisal foram cortadas manualmente nos comprimentos de 5, 10 e 15mm e utilizadas da maneira como adquiridas, sem tratamento superficial. O resíduo de madeira utilizado foi o pó de lixadeira da madeira maçaranduba. Os compósitos foram fabricados por moldagem manual, sem pressão e a temperatura ambiente. Foram fabricados corpos de prova de matriz pura, compósitos reforçados por sisal, variando-se o comprimento das fibras, compósitos reforçados por pó de maçaranduba e compósitos de reforço híbrido, sisal/pó de madeira, em diferentes proporções entre os constituintes. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração e impacto charpy e as superfícies de fratura geradas foram avaliadas por microscopia eletrônica de varredura de modo a se correlacionar os aspectos de fratura com as propriedades mecânicas. Foi determinada a massa específica de cada série de corpos de prova fabricada, bem como a fração volumétrica dos reforços nos compósitos. Os resultados demonstraram que com o aumento do comprimento da fibra de sisal a resistência à tração e ao impacto dos compósitos foi incrementada, alcançando, o compósito com fibras de sisal de 15 mm, o melhor desempenho mecânico dentre as séries testadas. Por outro lado, a heterogeneidade granulométrica do pó de maçaranduba teve efeito negativo sobre as propriedades mecânicas dos compósitos. Os compósitos híbridos sisal/pó de madeira com maior teor de fibras, alcançaram 80% do desempenho obtido para os compósitos de fibras de sisal.

Fabricação e caracterização de material compósito de resina poliéster reforçada por tecido de fibra de tururi extraído da palmeira de ubuçu (Manicaria saccifera)

Neste trabalho é apresentada a fabricação e caracterização de um material compósito de matriz polimérica reforçada por fibras naturais. A matriz é um poliéster teraftélica insaturada préacelerada obtida comercialmente como Denverpoly 754 e o agente de cura utilizado foi o peróxido de Mek (Butanox M- 50), na proporção de 0,33 % , em volume. A fibra natural usada foi o tururi, obtida da região do Marajó, município de Muaná. O tecido de fibra de tururi foi submetido a dois tipos de abertura no sentido transversal, de [50 e 100]%, em relação a uma largura original. A fabricação do material compósito foi através do método da laminação manual (hand lay up), seguido de uma pressão controlada através de pesos previamente quantificados. Características físicas, mecânicas e microscópicas foram obtidas para a fibra e o material compósito, obtendo-se resistência a tração, massa específica, gramatura do tecido, fração mássica e imagens microscópicas antes e depois do ensaio de tração para o tecido da fibra e ensaio de tração depois do ensaio de tração para o material compósito. O tecido de tururi apresentou resistência a tração de 29,95 MPa (sem abertura), 12,27 MPa (abertura de 50 %) e 9,38 MPa (abertura de 100 %). A abertura provoca a diminuição da resistência à tração do tecido de tururi. A gramatura do tecido diminuiu com a abertura do tecido. A fração mássica do tecido do compósito foi de 14,39 % (sem abertura), 9,35 % (abertura de 50 %) e 7,19 % (abertura de 100 %). A resistência a tração do compósito foi de 35,76 MPa (sem abertura), 19,01 MPa (50 % de abertura) e 16,8 MPa (100 % de abertura). A resistência mecânica apresentou valores aproximados aos encontrados na literatura para materiais compósitos reforçados por fibras naturais. As imagens obtidas em microscopia eletrônica de varredura corroboraram com as propriedades mecânicas obtidas para cada situação do material e fibras.

Síntese e estudo estrutural de polioxometalatos: propriedades e aplicações

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Resina epóxi reforçada com tecido de carbono não dobrável por processo RTM

Com o objetivo de ganhar competitividade no mercado internacional e contribuir para o desenvolvimento tecnológico no país, o presente trabalho apresenta a técnica de processamento de moldagem por transferência de resina (RTM), utilizada na fabricação de materiais compósitos estruturais e ainda pouco estudada no Brasil. Os compósitos processados por essa técnica apresentam maior fração volumétrica de fibras, melhor acabamento superficial e pouca ou nenhuma necessidade de acabamento do componente produzido. Este trabalho compreende a caracterização de compósitos produzidos com resina epóxi monocomponente RTM6 e o tecido não dobrável de fibra de carbono. Os compósitos produzidos pela Hexcel Composites foram analisados pela técnica de ultrassom C-Scan e os resultados mostraram que os laminados processados estão homogêneos quanto à impregnação. Ensaios mecânicos mostram que os laminados com tecido apresentam características comparáveis à dos compósitos produzidos em autoclave com maiores porcentagens de reforço. Em fadiga, os laminados apresentaram um alto e curto intervalo, com tensões próximas à de tração. Quanto ao comportamento térmico observou-se melhora nas propriedades com a adição do reforço de fibras de carbono, que promoveram o aumento da temperatura de transição vítrea (Tg). Quanto ao comportamento viscoelástico, foi observado a influencia da temperatura e freqüência no material. Considerando as propriedades mecânicas e térmicas, ambos os compósitos foram classificados como adequados à aplicação proposta.

Cerâmicas nanoestruturadas à base do àxido niobato de estrâncio e potássio com inserção de íons cobre e processo otimizado de fabricação de cerâmicas nanoestruturadas à base do àxido niobato de estrâncio e potássio com inserção de íons cobre via sinterização aditivada com àxido de cobre

Cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de lons cobre e Processo otimizado de fabricação de cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de lons cobre via sinterização aditivada com óxido de cobre", a presente invenção descreve uma classe de materiais compósitos cerâmicos ferroelétricos nanoestruturados à base do óxido niobato de estrôncio e potássio obtidos via sinterização aditivada com óxido de cobre II (CuO). Os materiais compósitos cerâmicos KSN - CuO são sinterizados entre 960 <198>C a 1250 <198>C, a composição do aditivo de sinterização (CuO) está entre 0,5 a 2,0 % (percentagem em massa).

Cerâmicas nanoestruturadas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre e de íons boro e processo otimizado de fabricação de cerâmicas nanoestruturas à base do óxido niobato de estrôncio e potássio com inserção de íons cobre e de íons boro via sinterização aditivada com óxido de cobre e óxido de boro

A invenção descreve uma classe de materiais compósitos cerâmicos ferroelétricos nanoestruturados à base do óxido niobato de estróncio e potássio obtidos via sinterização aditivada com óxidos de cobre (CuO/Cu~ 2~O), preferencialmente o óxido de cobre II, e óxido de boro (B~ 2~O~ 3~). Os materiais compósitos cerâmicos KSN - CuO:B~ 2~O~ 3~ são sinterizados entre 960<198>C a 1250<198>C, diversas razões em massa CuO:B~ 2~O~ 3~ (1:1, 1:2, e 1:4) são utilizadas como aditivos de sinterização.

Otimização dinâmica de rotores com eixos em compósito

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Otimização do braço inferior da suspensão dianteira do veículo Baja utilizando o método dos elementos finitos

Mass reduction coupled with the mechanical performance in service has been the goal of many projects related to the transport area, considering the advantages that mass reduction can bring. However, make a simple material substitution without design a new geometry to corroborate for the best component performance, often makes the replacement unviable. In this study, it was investigated the advantages of replacing the prototype BAJA SAE front suspension lower arm of Equipe Piratas do Vale de BAJA SAE - Universidade Paulista, Campus Guaratinguetá, actually produced with steel, for a new component made of carbon fiber composite. The new geometry has been developed to provide the best possible performance for this component and your easy manufacturing. The study was done using the 3D modeling tools and computer simulations via finite element method. The first stage of this work consisted on calculation of the estimated maximum contact force tire / soil in a prototype landing after jump at one meter high, drop test in the laboratory with the current vehicle, current front suspension lower arm 3D modeling, finite element simulation and analysis of critical regions. After all current component analysis, a new geometry for the part in study was designed and simulated in order to reduce the component mass and provide a technological innovation using composite materials. With this work it was possible to obtain a theoretical component mass reduction of 25,15% maintaining the mechanical strength necessary for the appropriated component performance when incited

Efeito do tratamento alcalino da fibra na resistência mecânica do compósito epóxi/capim-sapê

Due to growing concerns for reducing environmental damage caused by the use of non-renewable raw materials, there is a growing demand for research related to aggregate technology with environmental preservation. Thus, the use of non-renewable materials and less aggressive materials has been gaining attention. About composite materials, the exchange of synthetic fibers by natural fibers, especially vegetable fiber as reinforcement, has been increasing, due to its physical-chemical properties such as mechanical strength, nontoxic, low cost, low density, processing flexibility, non-abrasive to the process equipment, requiring simple surface treatments, etc. This objective was to process composites reinforced with long fibers of sapegrass in epoxy matrix and characterize the composites through mechanical tests. Three groups of composites were prepared according to the treatment received by the reinforcement: without treatment, alkali treatment at concentration of 5% w/v and alkali treatment at 10% w/v concentration. The materials were analyzed by tensile and flexural, and tests also optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM). The results were statistically analyzed. As the main result, the alkali treatment of 5% in the sapegrass fibers increases the tensile and flexural strength, as a consequence of the improve adhesion between matrix and reinforcement

Transformação cosmética de caninos em incisivos laterais: uma abordagem sistemática

A agenesia de dentes do grupamento anterossuperior é de fácil percepção pelo leigo por afetar a estética do sorriso, sendo esse o motivo principal da busca por tratamento nesses casos. Atualmente, as diferentes opções de tratamento ampliam as possibilidades clínicas mas também trazem dúvidas e discussões sobre qual abordagem seria a ideal. O objetivo desse estudo foi avaliar, por meio da execução de um caso clínico, os parâmetros de importância no planejamento da transformação de caninos em incisivos laterais pelo uso da técnica restauradora direta com resinas compostas. Com o avanço das propriedades mecânicas, das cores e técnicas de estratificação dos materiais compósitos atuais, resultados altamente estéticos e mais duráveis podem ser conquistados. Em casos de agenesia de incisivos laterais e reposicionamento de caninos, a reanatomização com resinas compostas em incisivos laterais é um procedimento viável e com previsibilidade de resultados quando um método multidisciplinar e racional de trabalho é utilizado pela equipe odontológica.

Identificação de funções de transferência de ordem fracionária utilizando como entrada um degrau

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Caracterização e reciclagem química via pirólise de resíduos da fabricação de pás eólicas

A energia eólica é uma forma de energia que seu uso encontra-se em expansão, e junto a esse crescimento, tem-se também o aumento da quantidade de resíduos gerados na fabricação das pás eólicas. Uma forma correta de destinação e aproveitamento desses resíduos é a reciclagem. Porém, esses são constituídos de materiais compósitos, geralmente a resina epóxi e a fibra de vidro; e por possuírem um polímero termofixo (a resina epóxi) na sua composição, a reciclagem convencional via fusão não é possível. Desta forma, a reciclagem química via pirólise apresenta-se como uma alternativa para o aproveitamento desses resíduos, em especial da fibra de vidro que o contém. Após caracterização do resíduo de uma indústria de pás eólicas, verificou-se que se tratava de um material com mais de 70% de fibra de vidro e muito densas. Foram realizados ensaios de pirólise a seco e com óleo de babaçu, considerado o mais interessante perante vários possíveis e no qual o resíduo fica totalmente imerso, facilitando o inchamento e a troca de calor. Em um sistema de aquecimento com vácuo, foram obtidas mais de 97% de fibras em 30 minutos a 310 oC, justamente a temperatura em que uma análise termogravimétrica apontou ser a de início de altas taxas de degradação térmica.

Modelo numérico mecanobiológico para a obtenção da matriz de rigidez estrutural e da densidade mineral na remodelagem óssea

Neste trabalho é proposto um modelo mecanobiológico de remodelagem óssea para a estimativa de variações, provocadas por perturbações mecânicas ou biológicas, na matriz de rigidez estrutural da escala macroscópica e na densidade mineral em uma região do osso. Na cooperação entre as áreas da saúde e da engenharia, como nos estudos estruturais de biomecânica no sistema esquelético, as propriedades mecânicas dos materiais devem ser conhecidas, entretanto os ossos possuem uma constituição material altamente complexa, dinâmica e variante entre indivíduos. Sua dinâmica decorre dos ciclos de absorção e deposição de matriz óssea na remodelagem óssea, a qual ocorre para manter a integridade estrutural do esqueleto e adaptá-lo aos estímulos do ambiente, sejam eles biológicos, químicos ou mecânicos. Como a remodelagem óssea pode provocar alterações no material do osso, espera-se que suas propriedades mecânicas também sejam alteradas. Na literatura científica há modelos matemáticos que preveem a variação da matriz de rigidez estrutural a partir do estímulo mecânico, porém somente os modelos mais recentes incluíram explicitamente processos biológicos e químicos da remodelagem óssea. A densidade mineral óssea é um importante parâmetro utilizado no diagnóstico de doenças ósseas na área médica. Desse modo, para a obtenção da variação da rigidez estrutural e da densidade mineral óssea, propõe-se um modelo numérico mecanobiológico composto por cinco submodelos: da dinâmica da população de células ósseas, da resposta das células ao estímulo mecânico, da porosidade óssea, da densidade mineral óssea e, baseado na Lei de Voigt para materiais compósitos, da rigidez estrutural. Os valores das constantes das equações dos submodelos foram obtidos de literatura. Para a solução das equações do modelo, propõe-se uma implementação numérica e computacional escrita em linguagem C. O método de Runge-Kutta-Dorman-Prince, cuja vantagem consiste no uso de um passo de solução variável, é utilizado no modelo para controlar o erro numérico do resultado do sistema de equações diferenciais. Foi realizada uma avaliação comparativa entre os resultados obtidos com o modelo proposto e os da literatura dos modelos de remodelagem óssea recentes. Conclui-se que o modelo e a implementação propostos são capazes de obter variações da matriz de rigidez estrutural macroscópica e da densidade mineral óssea decorrentes da perturbação nos parâmetros mecânicos ou biológicos do processo de remodelagem óssea.

Análise elastoplástica bidimensional de meios reforçados com fibras

De modo a satisfazer aspectos de resistência, custo ou conforto, o aperfeiçoamento do desempenho das estruturas é uma meta sempre almejada na Engenharia. Melhorias têm sido alcançadas dado ao crescente uso de materiais compósitos, pois estes apresentam propriedades físicas diferenciadas capazes de atender as necessidades de projeto. Associado ao emprego de compósitos, o estudo da plasticidade demonstra uma interessante alternativa para aumentar o desempenho estrutural ao conferir uma capacidade resistente adicional ao conjunto. Entretanto, alguns problemas podem ser encontrados na análise elastoplástica de compósitos, além das próprias dificuldades inerentes à incorporação de fibras na matriz, no caso de compósitos reforçados. A forma na qual um compósito reforçado por fibras e suas fases têm sua representação e simulação é de extrema importância para garantir que os resultados obtidos sejam compatíveis com a realidade. À medida que se desenvolvem modelos mais refinados, surgem problemas referentes ao custo computacional, além da necessidade de compatibilização dos graus de liberdade entre os nós das malhas de elementos finitos da matriz e do reforço, muitas vezes exigindo a coincidência das referidas malhas. O presente trabalho utiliza formulações que permitem a representação de compósitos reforçados com fibras sem que haja a necessidade de coincidência entre malhas. Além disso, este permite a simulação do meio e do reforço em regime elastoplástico com o objetivo de melhor estudar o real comportamento. O modelo constitutivo adotado para a plasticidade é o de von Mises 2D associativo com encruamento linear positivo e a solução deste modelo foi obtida através de um processo iterativo. A formulação de elementos finitos posicional é adotada com descrição Lagrangeana Total e apresenta as posições do corpo no espaço como parâmetros nodais. Com o intuito de averiguar a correta implementação das formulações consideradas, exemplos para validação e apresentação das funcionalidades do código computacional desenvolvido foram analisados.