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Title: Análise de critérios de falha em lâmina reforçada com tecido híbrido de fibra de vidro e carbono
Authors: Campos, Virginia Bezerra Oliveira
Keywords: Compósitos híbridos;Tração ±45°;Iosipescu;Critérios de falhas;Representatividade
Issue Date: 10-Aug-2017
Citation: CAMPOS, Virginia Bezerra Oliveira. Análise de critérios de falha em lâmina reforçada com tecido híbrido de fibra de vidro e carbono. 2017. 90f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Portuguese Abstract: A constante busca de materiais mais eficientes e com alto desempenho mecânico, contribue efetivamente para a crescente demanda na utilização de compósitos híbridos. O processo de hibridização pode propiciar melhoria significativa na combinação global de propriedades, possibilitando assim aplicações específicas em elementos estruturais que requerem excelência em suas propriedades mecânicas e baixa massa específica. Atrelado à gradativa utilização destes materiais, estudos que incidem nas previsões de falha e, consequentemente, análises das cargas máximas que estes materiais podem suportar tornam-se essenciais para garantia da confiabilidade quanto a sua aplicação. Neste sentido, a presente pesquisa buscou analisar o comportamento mecânico de uma lâmina constituída à base de tecido híbrido bidirecional (vidro/carbono) e resina epóxi éster-vinílica. Bem como, avaliar a representatividade de critérios de falhas desenvolvidos para compósitos unidirecionais quando aplicados em compósito híbrido de natureza bidirecional. A lâmina estudada foi caracterizada mecanicamente com base nos resultados obtidos pelos ensaios de tração e cisalhamento realizados em amostras com fibras de carbono orientadas a 0°, 30°, 45°, 60° e 90°. Observou-se a partir destes ensaios que materiais com fibras em ângulos fora do eixo (off-axis) de aplicação de carga apresentam resistência menor, embora apresentem maiores alongamentos, quando comparados a amostras com fibras alinhadas na direção principal do carregamento. Os dados experimentais referentes às propriedades cisalhantes, normatizados pela ASTM D3518M-13 (ensaio de cisalhamento por tração ±45°) e ASTM D5379-12 (ensaio de Iosipescu), apresentaram diferenças significativas para a resistência ao cisalhamento e similaridade nos valores do módulo de cisalhamento. O ensaio de tração ±45°, conforme análise macromecânica, mostrou-se como o mais adequado para compósito com características similares ao analisado. Ao inserir os dados dos ensaios nas equações teóricas que definem os critérios de falhas da Máxima Tensão, Tsai-Hill, Tsai-Wu e Hashin e, analisá-los estatisticamente, contatou-se que estas teorias de falhas descrevem satisfatoriamente o comportamento experimental da lâmina, e, portanto, podem ser utilizados para predizer a resistência mecânica em compósitos como o avaliado, embora se tenha observado índices de representatividade maiores quando se utiliza o ensaio de cisalhamento por tração ±45°.
Abstract: The constant search for more efficient materials and with high mechanical performance, contributes effectively to the growing demand in the use of hybrid composites. The hybridization process can provide significant improvement in the overall combination of properties, thus enabling specific applications in structural elements that require excellence in their mechanical properties and low specific mass. Coupled with the gradual use of these materials, studies that focus on fault predictions and, consequently, analyzes of the maximum loads that these materials can withstand become essential to guarantee the reliability of their application. In this sense, the present research sought to analyze the mechanical behavior of laminae composed of two-way hybrid fabric (glass/carbon) and epoxy resin vinyl ester. As well as evaluating the representativeness of failure criteria developed for unidirectional composites when applied in hybrid composites of a bidirectional nature. The laminas studied were mechanically characterized based on the results obtained by tensile and shear tests performed on samples with carbon fibers orientated at 0°, 30°, 45°, 60° and 90°. It was observed from these tests that materials with fibers at off-axis loading angles exhibit lower strength, although they exhibit greater elongations when compared to samples with fibers aligned in the main direction of loading. Experimental data on shear properties, standardized by ASTM D3518M-13 (tensile shear test ±45°) and ASTM D5379-12 (Iosipescu's test), showed significant differences for shear strength and similarity in the modulus values of Shear. The tensile test ± 45°, according to macromechanical analysis, proved to be the most suitable for composite with characteristics similar to the one analyzed. By inserting test data into the theoretical equations defining Tsai-Hill, Tsai-Wu, and Hashin fault criteria, and statistically analyzing them, it was found that these fault theories satisfactorily describe the experimental behavior of the blade , and therefore can be used to predict mechanical strength in composites as evaluated, although higher representativity indices were observed when using the ± 45° traction shear test.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24556
Appears in Collections:PPGEM - Mestrado em Engenharia Mecânica

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