Publicação
Different strategies towards the mitigation of low velocity impact damages in advanced composites
| Resumo: | Os polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) são hoje em dia utilizados numa vasta gama de aplicações avançadas, tais como, aeronáutica, aeroespacial e militar. No entanto, e apesar da sua baixa densidade e elevado desempenho mecânico, eles continuam ainda a apresentar algumas debilidades, como a fraca resistência interlaminar. Quando sujeitos a condições de carregamentos dinâmicos, de impacto e de corte, eles tendem a formar no seu interior micro-fissuras que podem propagar-se na região interlaminar, comprometendo desta forma o desempenho mecânico de peça. Numa tentativa de superar este problema, muitas estratégias têm sido estudadas, tais como o reforço através da espessura (por exemplo, preformas fibrosas 3D, Z-pinning e stitching), modificação da matriz e/ou reforço, e ainda reforço interlaminar. Tendo isto em consideração, este trabalho de pesquisa visa estudar diferentes estratégias para melhoria da resistência e tolerância ao dano de compósitos avançados quando submetidos a impactos de baixa velocidade. Para esse fim, um conjunto de novos laminados carbono/epóxi serão produzidos por infusão por vácuo, com o objetivo de comparar e analisar as suas características morfológicas bem como o seu desempenho mecânico. Neste sentido, novas configurações bioinspiradas assim como diferentes estratégias, estruturas e materiais para reforço interlaminar serão consideradas como potenciais abordagens para mitigação do dano para uma nova geração de compósitos laminados. A campanha de teste terá como especial foco testes de impacto de queda de dardo, a fim de avaliar e caracterizar a resistência e tolerância a danos de novos laminados, bem como a sua resposta mecânica. Posteriormente, a fim de avaliar os danos inferido, inspeções visuais e testes não destrutivos (NDT) serão realizados para medir e avaliar o dano dos provetes. Além disso, os compósitos serão caracterizados quanto à sua espessura e fração volúmica dos seus diferentes componentes. Visualizações em microscópicas serão realizadas de modo a instigar a adesão matriz/fibras, morfologia dos laminados e conteúdo de vazios. Também serão realizados ensaios mecânicos quasi-estaticos para avaliar e comparar o desempenho e os modos de falha dos novos compósitos. |
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| Autores principais: | Amorim, Luís Manuel Machado |
| Assunto: | Compósitos avançados Compósitos bioinspirados Resistência ao dano Reforço interlaminar Impacto de baixa velocidade Advanced composites Bioinspired composites Damage resistance Interlaminar reinforcement Low velocity impact. |
| Ano: | 2021 |
| 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 |
| Resumo: | Os polímeros reforçados com fibras de carbono (CFRP) são hoje em dia utilizados numa vasta gama de aplicações avançadas, tais como, aeronáutica, aeroespacial e militar. No entanto, e apesar da sua baixa densidade e elevado desempenho mecânico, eles continuam ainda a apresentar algumas debilidades, como a fraca resistência interlaminar. Quando sujeitos a condições de carregamentos dinâmicos, de impacto e de corte, eles tendem a formar no seu interior micro-fissuras que podem propagar-se na região interlaminar, comprometendo desta forma o desempenho mecânico de peça. Numa tentativa de superar este problema, muitas estratégias têm sido estudadas, tais como o reforço através da espessura (por exemplo, preformas fibrosas 3D, Z-pinning e stitching), modificação da matriz e/ou reforço, e ainda reforço interlaminar. Tendo isto em consideração, este trabalho de pesquisa visa estudar diferentes estratégias para melhoria da resistência e tolerância ao dano de compósitos avançados quando submetidos a impactos de baixa velocidade. Para esse fim, um conjunto de novos laminados carbono/epóxi serão produzidos por infusão por vácuo, com o objetivo de comparar e analisar as suas características morfológicas bem como o seu desempenho mecânico. Neste sentido, novas configurações bioinspiradas assim como diferentes estratégias, estruturas e materiais para reforço interlaminar serão consideradas como potenciais abordagens para mitigação do dano para uma nova geração de compósitos laminados. A campanha de teste terá como especial foco testes de impacto de queda de dardo, a fim de avaliar e caracterizar a resistência e tolerância a danos de novos laminados, bem como a sua resposta mecânica. Posteriormente, a fim de avaliar os danos inferido, inspeções visuais e testes não destrutivos (NDT) serão realizados para medir e avaliar o dano dos provetes. Além disso, os compósitos serão caracterizados quanto à sua espessura e fração volúmica dos seus diferentes componentes. Visualizações em microscópicas serão realizadas de modo a instigar a adesão matriz/fibras, morfologia dos laminados e conteúdo de vazios. Também serão realizados ensaios mecânicos quasi-estaticos para avaliar e comparar o desempenho e os modos de falha dos novos compósitos. |
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