Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O uso de materiais compósitos estruturais tem se intensificado em diversos setores industriais, com destaque para o setor aeroespacial. O interesse nesses materiais deve-se especialmente às suas características como baixa densidade e alta resistência, mas abrange também a resistência à...

Resumo: O uso de materiais compósitos estruturais tem se intensificado em diversos setores industriais, com destaque para o setor aeroespacial. O interesse nesses materiais deve-se especialmente às suas características como baixa densidade e alta resistência, mas abrange também a resistência à fadiga, à ruptura e à corrosão. Dentre os tipos de compósitos mais aplicados estão os pré-impregnados de carbono/epóxi, presentes nas estruturas primárias de aeronaves, aquelas de importância vital, em diversos modelos, tanto de aeronaves civis quanto militares. A exigência por alta confiabilidade e segurança nesses componentes exige o uso de métodos de inspeção capazes de identificar falhas e as condições de integridade dos componentes, que são bastante utilizados. Além disso, a propensão à falhas pode ser avaliada pelo estado de tensão no componente. O método de ultrassom é uma alternativa interessante por ser não destrutivo, de baixo custo e fácil manuseio. Pode ser usado para medir tensões empregando a teoria da acustoelasticidade, que relaciona as propriedades elásticas à velocidade da onda de inspeção. Dentre os tipos de ondas que podem ser usadas, a onda ultrassônica do tipo longitudinal criticamente refratada (Lcr) apresenta vantagens por necessitar de acesso a apenas uma superfície e ser pouco afetada por rugosidades e outras não uniformidades superficiais. O presente trabalho propõe um sistema que pode ser usado para a medição de tensão em compósito unidirecional carbono/epóxi empregando ondas Lcr. Para isso, foram avaliados os principais fatores de influência na medição, tais como a temperatura, a força sobre a sonda, a frequência dos transdutores, bem como características do material, como as não uniformidades que são inerentes ao processo de fabricação. A influência de defeitos, como delaminação e ondulação de fibras, também foi analisada. Os resultados mostraram que os fatores avaliados necessitam ser controlados ou conhecidos para menor desvio nos valores medidos. O sistema de medição proposto apresentou variação menor que 3% do valor de ruptura do material quando o valor do tempo de percurso para o estado sem tensão não é conhecido, e 0,75% da tensão de ruptura se o valor do tempo inicial é conhecido

Abstract: The use of structural composite materials has intensified in several industrial sectors, with emphasis on the aerospace sector. The interest in these materials is mainly due to their characteristics such as low density and high strength, but it also covers resistance to fatigue, rupture,...

Abstract: The use of structural composite materials has intensified in several industrial sectors, with emphasis on the aerospace sector. The interest in these materials is mainly due to their characteristics such as low density and high strength, but it also covers resistance to fatigue, rupture, and corrosion. Among the most applied types of composites are carbon/epoxy prepregs, present in primary aircraft structures, those of vital importance, in several models, both civilian and military aircraft. The requirement for high reliability and safety in these components requires the use of inspection methods capable of identifying failures and the integrity conditions of the components, which are widely used. Moreover, the propensity to fail can be assessed by the state of stress in the component. The ultrasound method is an interesting alternative because it is non-destructive, inexpensive, and easy to handle. It can be used to measure stresses using the acoustoelasticity theory, which relates the elastic properties to the speed of the inspection wave. Among the types of waves that can be used, the ultrasonic wave of the critically refracted longitudinal (Lcr) has advantages in that it requires access to only one surface and is little affected by roughness and other surface non-uniformities. The present work proposes a system that can be used for the measurement of stress in unidirectional carbon/epoxy composite using Lcr waves. For this, the main influencing factors in the measurement were evaluated, such as temperature, the force on the probe, the frequency of the transducers, as well as material characteristics, such as the non-uniformities that are inherent to the manufacturing process. The influence of defects, such as delamination and waviness of fibers, was also analyzed. The results showed that the factors evaluated need to be controlled or known for less deviation from the measured values. The proposed measurement system showed a variation of less than 3% of the material rupture value when the travel time value for the tension-free state is not known, and 0.75% of the rupture stress if the initial time value is known

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