Resposta ao impacto longitudinal e transversal de laminados de vidro/epóxi

Abstract

A presente Dissertação de Mestrado tem como objetivo analisar o comportamento dos materiais compósitos na resposta ao impacto transversal e longitudinal e também à solicitação de tração, de compósitos laminados de fibra de vidro/epóxi. O presente estudo, segue a sequência do que já foi estudado por diversos autores, salientando que na análise do comportamento dos laminados no que se refere ao impacto, foi realizado um ensaio até então pouco utilizado e ainda não reportado na literatura, ensaio de impacto longitudinal (Tensile impact), com o qual se pretende avaliar a resistência ao impacto longitudinal destes materiais. No presente trabalho estudou-se o comportamento de laminados com três sequências de empilhamento na resposta aos impactos transversal e longitudinal, assim como à solicitação de tração. É ainda de referenciar que nesta dissertação foi realizado o estudo da degradação dos provetes em diferentes condições higrotérmicas durante vários períodos de imersão, e também da resposta dos laminados após pré-dano com diversos carregamentos, de modo a se entender a influência destas diferentes condições na integridade estrutural dos laminados após a realização dos ensaios de impacto e de tração neste tipo de materiais. O estudo do pré-dano foi realizado através de ensaios de tração, para determinados níveis de carga, os quais provocam um determinado tipo de dano nos provetes. Dos resultados obtidos foi possível concluir que a sequência de empilhamento tem grande influência na resposta aos impactos e à tração dos laminados em questão. No caso do impacto transversal verificou-se que nos laminados [0,90]8 e [02,902]2s os valores observados diferem em apenas 3%, já no laminado [02,452,-452,902]s observou-se o valor mais baixo, aproximadamente 28%, comparando com o laminado [02,902]2s que apresenta a melhor resistência. Na resistência ao impacto longitudinal, o laminado [0,90]8 apresentou o melhor desempenho, seguindo-se o laminado [02,902]2s com uma diferença próxima dos 12% e onde o pior caso foi observado para o laminado [02,452,-452,902]s. Para a resistência à tração verificou-se um comportamento muito semelhante ao observado para a resistência ao impacto longitudinal. Concluiu-se também que os aumentos da temperatura e tempo de imersão afetam significativamente a integridade estrutural dos laminados em análise. De facto quanto maior a temperatura e o tempo de imersão, menor é a capacidade dos laminados responderem às solicitações exteriores. Na resistência ao impacto transversal, comparativamente aos valores obtidos no controlo, verificou-se uma diminuição para 60 dias a 3ºC e para 60 dias a 80ºC, respetivamente, cerca de 18% e 37%. Comparativamente aos valores de controlo na resistência ao impacto longitudinal, observou-se um decréscimo para os 40 dias a 3ºC, 40ºC e 80ºC, de respetivamente 28%, 43% e 64%. No caso da resistência à tração para os 60 dias a 3ºC e 80ºC, visualizou-se uma descida dos valores de resistência de respetivamente 11% e 28%, em comparação ao controlo, e para 40 dias a 40ºC um valor inferior próximo dos 16%. Por outro lado, a presença do pré-dano também afeta a integridade estrutural do compósito, sendo que quanto maior o valor de pré-dano induzido, maior o decréscimo dos valores das propriedades em estudo, verificando-se neste caso uma descida da resistência ao impacto longitudinal para 20%, 40% e 80% de pré-tensão, de aproximadamente 22%, 31% e 53%, respetivamente, face ao provetes de controlo.

This Master's Thesis aims to analyze the behaviour of composite materials in response to Charpy test and tensile impact test and also to the tensile test, in glass fibre/epoxy laminates. This study follows the sequence of what it has been studied by several authors, underlining that in the analysis of the behaviour of the laminates in relation to the impact. Normally the impact tests used are the drop test impact and Charpy impact. In this work it was made a testing which is not used so often and not yet reported in the literature, Tensile impact, which intends to evaluate the resistance to the longitudinal impact of these materials. In the present work we studied the behavior of laminates with three stacking sequences in response to the transverse and longitudinal impacts and tensile request. This thesis was also conducted to study the degradation of samples at different hygrothermal conditions during several periods of immersion, and also the reaction of laminates after pre-damage with several loadings, in order to understand the influence of those different conditions on structural integrity of the laminates after analysis of the results of all tests. Still important to mention that the pre-damage study was done using a tensile equipment which causes damage to the respective samples by applying an specific loading. From the results it was concluded that the stacking sequence has great influence in response to the impacts and to the tensile of the referred laminates. In the case of transversal impact it was found that the observed values for the laminates [0,90]8 and [02,902]2s differ by only 3%, while in the laminate [02,452,-452,902]s it was verified the lowest amount, about 28% compared to the laminate [02,902]2s which presents the best resistance. In resistance to longitudinal impact, the laminate [0,90]8 was the most efficient, followed by the laminate [02,902]2s with a difference of about 12%. The worst case was registered by the laminate [02,452,-452,902]s which value achieved was only 21% of the one obtained by the laminate with the best performance. For the tensile request it was noted a similar behaviour to that one observed on the resistance to the longitudinal impact, where the laminated [02,902]2s and [02,452,-452,902]s presented values 6% and 22% lower, respectively, in compared to the laminate [0,90]8. It was also concluded that increases in temperature and immersion time significantly affect the structural integrity of the laminates. In fact, the higher the temperature and the immersion time is, the lower is the ability of the laminate to respond to external requests. In the resistance of transverse impact, comparatively to values obtained in control, there was a decrease to 60 days at 3°C and also at 80°C, which means 18% and 37%., respectively. Comparatively to control values in the longitudinal impact resistance, a decrease was observed for 40 days at 3°C, 40°C and 80°C, which means 28%, 43% and 64% respectively. In the case of tensile resistance for 60 days at 3°C and 80°C, it was verified a reduction of the resistance values of about 11% and 28%, respectively, if compared to control, and to 40 days at 40°C, it was registered a lower value close to 16%. Moreover, the presence of pre-damage also affects the structural integrity of the composite, and the higher the value of pre-induced damage, the greater the decrease of the values of the properties studied, verifying in this case a reduction of resistance to the longitudinal impact for 20%, 40% and 80% of pre-tension, of approximately 22%, 31% and 53%, respectively, regarding to the control samples.