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Smart composite parts with multifunctional properties ready to fly

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Resumo:A utilização de compósitos poliméricos, em aplicações estruturais avançadas nas indústrias aeroespacial e aeronáutica, sofreu um forte aumento nas últimas décadas. Estes materiais têm substituído os metais, com o objetivo de aumentar as propriedades mecânicas a uma baixa massa e, consequentemente, reduzir o consumo de combustível, emissões de CO2 e custos. Comparativamente aos metais, que geralmente falham devido a fadiga, a falha de materiais compósitos é ainda difícil de prever. Assim, as estruturas de compósito requerem o uso de fatores de segurança elevados, para obedecer às exigentes regras de segurança destas indústrias avançadas, o que dificulta o alcance do objetivo final de redução de massa. A monitorização da integridade das estruturas (SHM) é considerada uma abordagem válida para superar estes desafios, mas também para otimizar as operações de manutenção, em vez de seguir um cronograma predefinido de manutenções. Este trabalho estudou duas metodologias de SHM diferentes para detetar e localizar danos em compósitos poliméricos reforçados com fibra de carbono (CFRP). O trabalho inicial avaliou o uso de (1) sensores óticos de rede de Bragg (FBG) para monitorização do processamento e deteção de dano de impacto pouco visível (BVID) e a (2) capacidade de self-sensing dos CFRP para detetar BVID através de tomografia por impedância elétrica (EIT). Estes estudos foram conduzidos a nível laboratorial, em pequenas amostras de teste. A um segundo nível, este trabalho implementou um sistema SHM numa peça real de engenharia, um reservatório de pressão com invólucro compósito (COPV) para armazenamento de hidrogénio. Dada a maior maturidade e precisão dos sensores FBG, esta tecnologia foi escolhida para monitorizar a peça selecionada. Esta capacidade foi demonstrada pela monitorização dos processos de enrolamento e cura, de testes de impacto para demonstrar a deteção e localização de BVID e de testes de pressão cíclica, que se assemelham a ciclos de carga e descarga de combustível. Esta tese reporta também o desenvolvimento do COPV, a sua modelação por elementos finitos (FEM), fabricação e testes de rutura para validação da análise FEM.
Autores principais:Rocha, Helena Cristina Lopes
Assunto:Dano de impacto pouco visível Monitorização da Integridade Estrutural Reservatório de Pressão com Invólucro Compósito Sensor de rede de Bragg Tomografia por Impedância Elétrica Barely Visible Impact Damage Composite Overwrapped Pressure Vessel Electrical Impedance Tomography Fibre Bragg Grating sensors Structural Health Monitoring Engenharia e Tecnologia::Engenharia dos Materiais
Ano:2023
País:Portugal
Tipo de documento:tese de doutoramento
Tipo de acesso:acesso aberto
Instituição associada:Universidade do Minho
Idioma:inglês
Origem:RepositóriUM - Universidade do Minho

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