Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.22/6250
Título: Estudo de delaminação em compósitos de matriz polimérica
Autor: Andrade, Óscar Nicolau Gomes
Orientador: Durão, Luís M.
Palavras-chave: Início de delaminação
Furação
Laminados compósitos
Pin-bearing
Força de início de delaminação
Onset delamination
Drilling
Composite laminates
Delamination onset load
Data de Defesa: 2013
Resumo: A aplicação do material compósito é neste momento bastante vasta, graças à combinação das suas características específicas, tais como, maior resistência específica e módulos específicos e melhor resistência à fadiga, quando comparados com os metais convencionais. Tais características, quando requeridas, tornam este material ideal para aplicações estruturais. Esta caminhada de sucesso iniciou desde muito cedo, quando o material compósito já era utilizado para fabrico de armas pelos mongóis e na construção civil pelos hebreus e egípcios, contudo, só a partir dos meados do século XX é que despertou interesses para aplicações mais modernas. Atualmente os materiais compósitos são utilizados em equipamentos domésticos, componentes elétricos e eletrónicos, passando por materiais desportivos, pela indústria automóvel e construção civil, até indústrias de grande exigência e visibilidade tecnológica como a aeronáutica, espacial e de defesa. Apesar das boas características apresentadas pelos materiais compósitos, no entanto, estes materiais têm tendência a perderem as suas propriedades quando submetidas a algumas operações de acabamento como a furação. A furação surge da necessidade de ligação de peças de um mesmo mecanismo. Os furos obtidos por este processo devem ser precisos e sem danos para garantir ligações de alta resistência e também precisas. A furação nos materiais compósitos é bastante complexa devido à sua heterogeneidade, anisotropia, sensibilidade ao calor e pelo facto de os reforços serem extremamente abrasivos. A operação de furação pode causar grandes danos na peça, como a delaminação a entrada, defeitos de circularidade do furo, danos de origem térmica e a delaminação à saída que se apresenta como o mais frequente e indesejável. Com base nesses pressupostos é que este trabalho foi desenvolvido de forma a tentar obter processos simples para determinação e previsão de danos em polímeros reforçados com fibras (de carbono neste caso) de forma a precavê-los. De forma a conseguir estes objetivos, foram realizados ensaios de início de delaminação segundo a proposta de Lachaud et al. e ensaios de pin-bearing segundo a proposta de Khashaba et al. Foram também examinadas extensões de danos de acordo com o modelo de Fator de delaminação ajustado apresentado por Davim et al. A partir dos ensaios, de pin-bearing, realizados foram analisadas influências do material e geometria da broca, do avanço utilizado na furação e de diferentes orientações de empilhamentos de placas na delaminação de laminados compósitos e ainda a influências dessas variáveis na força de rutura por pin-bearing. As principais conclusões tiradas daqui são que a delaminação aumenta com o aumento do avanço, o que já era esperado, as brocas em carboneto de tungsténio são as mais recomendas para a furação do material em causa e que a delaminação é superior para a placa cross-ply quando comparada com placas unidirecionais. Para a situação de ensaios de início de delaminação foram analisadas as influências da variação da espessura não cortada por baixo da broca/punção, de diferentes geometrias de brocas, da alteração de velocidade de ensaio e diferentes orientações de empilhamentos de placas na força de início de delaminação. Deste ensaio as principais conclusões são que a força de início de delaminação aumenta com o aumenta da espessura não cortada e a influência da velocidade de ensaio altera com a variação das orientações de empilhamento.
The use of the composite materials is in the present day are very large due to the combination of their specific properties, like higher specific strength and modules, and improved fatigue strength when compared with conventional metals. These characteristics, when required make this an ideal material for structural applications. This journey of success began very early, when the composite material was already used for the manufacture of weapons by the Mongols and building construction by the Hebrews and Egyptians. Mid-twentieth century, there became a vast interest in modern applications such as, composites used in household appliances, electrical and electronic components, sporting goods. Also, in the automobile industry, civil construction and in large industrial requirement and visibility technology, such as aeronautics, aerospace and defense. When composite materials are headed to the finishing stages, like drilling, they lose their properties. This operation arises from the need to link parts of the same mechanism. The holes produced by this process must be accurate and without damage to guarantee high strength and accurate bonds. Drilling composite material is very complex, due to their heterogeneity, anisotropy, heat sensitivity, and the fact that the reinforcements are extremely abrasive. The drilling operation can cause major damage to the piece, delamination at drill entry, geometric defects, temperature-related damages, and delamination at drill exit that presents itself as the most frequent and undesirable. This work was carried based on these assumptions in order to try to establish simple processes to predict and detect damage in fiber reinforced polymers (carbon in this study) in order to be avoided. To achieve these goals, tests were performed to obtain the onset delamination as proposed by Lachaud et al. and tests were performed with pin-bearing model were also performed as proposed by Khashaba et al. To characterize the level of damage on the work material the adjusted delamination factor presented by Davim et al. was applied. With the pin-bearing tests analyzed, influences of the material and geometry of the drill showed, the feed-rate used on the drilling process and the effect of the stacking sequences in the delamination of composite laminates and also the influence of these variables on the bearing failure load. Test revealed that the delamination increases with the increases of the feed-rate, which was expected. The tungsten carbide drill bits are the highly recommended for drilling the Carbon Fiber Reinforced Polymers and that the delamination is superior to the plate cross-ply compared with unidirectional plies. The onset delamination tests were examined. The influences of the variation in the uncut thickness beneath the punch (drill) of different drill bit geometries, the variations of speed test, and effect of the stacking sequences of plies on the delamination onset load were analyzed. In this case, the conclusions of this test are: when the uncut thickness increases and the delamination onset load also increase; the influence of the test speed changes with the variation of stacking sequences plies.
URI: http://hdl.handle.net/10400.22/6250
Designação: Mestrado em Engenharia Mecânica - Ramo Materiais e Tecnologias de Fabrico
Aparece nas colecções:ISEP - DM – Engenharia Mecânica

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