Efeito do tempo de imersão em ambiente salino na resposta à fadiga de laminados vidro/epóxido

Abstract

Nos dias que correm, o aumento da utilização dos materiais compósitos reforçados é cada vez mais notório em diversos ramos da engenharia, como o da aeronáutica, aeroespacial, indústria automóvel, indústria naval, construção civil e muitos outros. Este aumento tem cada vez maior tendência a aumentar, devido à necessidade que a engenharia sente na utilização de componentes mais leves em determinadas situações, mas garantindo propriedades mecânicas semelhantes às dos aços e das ligas de alumínio. No entanto, este tipo de material é suscetível a determinados ambientes e a determinados tipos de carga, acabando por provocar degradação da sua estrutura.O principal objetivo deste estudo é avaliar o efeito que o tempo de imersão em água do mar provoca na resposta à fadiga de laminados vidro/epóxido. Para a realização dos ensaios experimentais foram utilizados provetes retangulares com um furo central. Foram comparados os valores obtidos para provetes com e sem pré-tensão sujeitos a diferentes tempos de imersão.Foram efetuadas medições das massas ao longo de 900 dias, para avaliar a percentagem de água absorvida pelo material. Foram realizados ensaios de tração para avaliar o efeito do tempo de imersão nas propriedades mecânicas. Foram também realizados ensaios para avaliar o efeito do tempo de imersão na variação da resistência à fadiga para carregamentos uniaxiais de tração com R=0,1. Os ensaios à fadiga foram acompanhados pelo software VIC-3D, que tem por base o método de Correlação Digital de Imagem (DIC), com o objetivo de acompanhar e analisar as deformações que ocorreram na região do furo central.Após 900 dias de imersão em água do mar, verificou-se uma redução na resistência à tração. Através dos ensaios de fadiga foi notório que para um tempo de imersão de 900 dias, ocorreu uma redução de vida significativa do material, quando comparados com os resultados obtidos para os 229 dias e 0 dias de imersão. Para provetes com pré-tensão, os resultados obtidos nos ensaios de fadiga para provetes com 229 dias quando comparados com os obtidos para provetes com 900 dias, não foram conclusivos. Apenas os provetes com uma pré-tensão de 50% apresentaram uma redução média de vida. Pelo contrário, tanto para uma pré-tensão de 25% como para 75%, verificou-se um aumento médio de vida. Através das imagens fornecidas pelo método DIC, foi possível acompanhar o campo de deformações na zona do furo e prever com alguma precisão, o local de iniciação de rotura das amostras.

In the current world, an increase in the use of reinforced composite materials is noticeable in various branches of engineering, such as aeronautical, aerospace, automobile, naval, civil, and many others. This increase will only tend to grow due to the necessity in using lighter components in certain situations, while guaranteeing similar mechanical properties to those of steel and aluminum alloys. However, this type of material is susceptible to certain environments and loads, which may provoke its rupture. The main objective of this study is to evaluate the effect that immersion time in seawater has in response to fatigue of glass/epoxy laminates. To perform the necessary experiments, perforated rectangular samples were used, with the hole in the center. The results were then compared between samples with and without prestress subject to different immersion times. Mass was measured several times over a period of 900 days to evaluate the percentage of water absorbed by the material. Tensile tests were conducted to evaluate the effect of immersion time on the mechanical properties. Tests were also conducted to evaluate the effect of immersion time on the variation of fatigue strength for uniaxial loading with R=0,1. The fatigue tests were accompanied by the VIC-3D software, which uses the Digital Image Correlation (DIC) method, to analyze the strain that occurs in the hollowed central region. After 900 days immersed in seawater, a reduction in tensile strength was verified. A significant reduction of the material’s life was verified for samples immersed 900 days, when compared to the results obtained for samples immersed 229 days and 0 days. For prestressed samples, the results obtained for samples immersed 229 and 900 days were non-conclusive. Only the samples with 50% prestress presented a reduction of life. For samples with 25% and 75% prestress, an increase was verified. Through the images supplied by the DIC method, it was possible to accompany the strain field in the perforated area, and predict, with certain accuracy, the location where rupture of the samples would commence.