Avaliação da resistência residual após impacto em provetes em ABS produzidos por fabrico aditivo

Abstract

Esta dissertação aborda a resistência residual da Acrilonitrila butadieno estireno (ABS), produzida por fabrico aditivo (FA), quando sujeitos a impactos de baixa velocidade, com um foco particular na análise de situações de multi-impacto, realizando uma série de testes mecânicos. O ABS é amplamente utilizado em várias indústrias, apresentando uma componente muito forte na indústria automóvel, e na aeroespacial, devido às suas boas propriedades mecânicas e capacidade de absorção de impactos.Com este estudo pretende-se entender como esses materiais respondem a impactos de baixa velocidade, que podem resultar de colisões com objetos como aves, detritos ou granizo. Em muitos destes cenários, não são visíveis danos imediatos, mas a presença dos mesmos pode comprometer as propriedades estruturais ao longo do tempo, levantando preocupações sobre a segurança e durabilidade desses materiais em contexto real.Ao longo deste estudo, será ainda abordado o multi-impacto, ou seja, serão efetuados ensaios mecânicos para que se consiga entender como o ABS reage quando submetidos a uma série de impactos. Esse cenário é especialmente relevante para situações em que múltiplos objetos colidem com o mesmo componente ou estrutura e quais são os efeitos cumulativos ao longo do tempo.A contribuição chave dessa dissertação reside na compreensão aprofundada dos efeitos dos impactos de baixa velocidade e multi-impacto em materiais ABS, resultando na melhoria das fases de projeto e em produtos finais mais seguros. Os resultados deste estudo foram comparados com provetes de controlo e são analisados parâmetros de força-tempo, perfis de energia-tempo, características de força-deslocamento. O deslocamento foi relacionado com a rigidez à flexão ao impacto.Do estudo de provetes sujeitos a impacto único verifica-se que o deslocamento máximo e a energia absorvida pelo provete aumentaram à medida que a energia de impacto enquanto a energia elástica e a rigidez à flexão por impacto diminuem que indica um dano mais severo na estrutura do provete, e portanto, uma menor resistência residual do material.Na análise provetes submetidos a multi-impacto observa-se que uma energia maior no primeiro impacto seguido de uma mais baixa, provoca maior dano na estrutura, comparativamente com a ordem inversa.

AbstractThis dissertation investigates the residual strength of ABS materials produced through additive manufacturing when subjected to low-speed impacts, with a particular focus on the analysis of multi-impact scenarios, using a series of mechanical tests. ABS is widely employed across various industries, with a strong presence in the automotive and aerospace sectors, owing to its mechanical properties and impact-absorbing capabilities.The aim of this study is to comprehend how these materials respond to low-energy impacts, which can result from collisions with objects such as birds, debris, or hail. In many of these scenarios, immediate damage may not be visible, but it can compromise structural properties over time, raising concerns about the safety and durability of these materials in real-world applications.Throughout this study, the phenomenon of multi-impact is also addressed, with mechanical tests conducted to understand how ABS behaves when subjected to a series of impacts. This scenario is especially relevant in situations where multiple objects collide with the same component or structure, and it is important to understand the cumulative effects over time.The key contribution of this dissertation lies in the in-depth understanding of the effects of low-speed impacts and multi-impact situations on ABS materials, ultimately leading to improvements in the design phases and safer final products. The results of this study were compared with control samples and analyzed in terms of force-time parameters, energy-time profiles, and force-displacement characteristics. Displacement was correlated with impact flexural stiffness.In the study of test specimens subjected to a single impact, it is observed that the maximum displacement and the energy absorbed by the specimen increase as the impact energy increases, while the elastic energy and flexural impact stiffness decrease. This indicates more severe damage to the specimen's structure, and consequently, a lower residual material strength.In the analysis of test specimens subjected to multiple impacts, it is observed that higher energy in the first impact followed by a lower one causes greater damage to the structure, as compared to the reverse order.