Compressão de placas compósitas após submetidas a impacto a baixa velocidade

Abstract

Material compósito refere-se ao resultado da combinação de dois ou mais materiais distintos. O objectivo desta combinação é obter-se um material final com propriedades mecânicas superiores à dos seus constituintes quando considerados em separado. Os compósitos fibrosos são um exemplo clássico e comum que resulta da dispersão de fibras num material aglomerante, designado este por matriz. Um dos primeiros exemplos do uso de compósitos começou nos primórdios da antiguidade, com os tijolos de argila reforçados com fibras de palha. A combinação de materiais com diferentes propriedades é hoje prática corrente num vasto leque de aplicações, desde o vulgar betão armado, até aos materiais de elevado desempenho, à base de resinas de epóxido reforçadas com fibras contínuas de carbono.

O uso destes materiais compostos por mais do que um material tem-se generalizado, e presentemente é vulgar encontrá-los, não só nas indústrias, designadamente aeronáutica, aeroespacial, naval, automóvel e construção civil, como em aplicações desportivas e objectos de uso corrente.

As propriedades mecânicas de um material compósito podem ser significativamente reduzidas por solicitações de impacto a baixa velocidade. A resistência do material à compressão pode diminuir consideravelmente em relação ao seu valor inicial devido à presença de defeitos provocados pelo impacto.

O objectivo desta dissertação é a análise experimental da resistência residual à compressão após impacto (CAI), em placas compósitas de matriz epóxida reforçada com fibras de carbono, sujeitas a impacto a baixa velocidade. Este estudo é de extrema importância pelo facto de conduzir ao aparecimento prematuro de instabilidade estrutural e à consequente restrição do uso deste tipo de materiais, reforçada pelo facto do dano interno ser de difícil detecção. Antes de se proceder aos ensaios de compressão, houve a necessidade de melhoramento do equipamento anteriormente desenvolvido, consequência deste se ter deformado por não suportar os esforços envolvidos. O equipamento de compressão foi concebido com base nas normas ASTM D 3410M-95. A análise experimental dos ensaios de compressão foi realizada para se avaliar o comportamento das placas compósitas, com e sem defeito. Assim, poder-se-ia retirar alguma conclusão acerca da influência do defeito na alteração das propriedades do material compósito.

Após o estudo realizado, observou-se que o modo de colapso depende das características dos provetes. Provetes sem defeito possuem modo de colapso global, evidenciando-se por uma deflexão lateral. Provetes com defeito embebido, ao serem comprimidos, cedem por modo local, ocorrendo separação de sublaminados, designando-se este fenómeno por delaminagem.

Concluíu-se que materiais compósitos sem defeito possuem maior resistência à compressão quando confrontados com materiais compósitos com defeito.

A orientação das camadas constituintes dos compósitos laminados influencia o seu comportamento na resistência à compressão.

Em placas de material compósito sem defeito, o aumento do número de interfaces onde os sublaminados se encontram diferentemente orientados, conduz a uma maior tensão de rotura à compressão.

Verificou-se que o impacto a baixa velocidade reduz a capacidade de sustentação da carga de compressão aplicada, sendo a redução máxima observada de 48%, relativamente aos provetes que não foram sujeitos a impacto. Esta perda de integridade pode ser justificada pela maior quantidade de interfaces susceptíveis de ocorrência de delaminagens, localizadas onde os sublaminados possuem diferente orientação.