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- Numerical prediction of delamination onset in carbon/epoxy composites drillingPublication . Durão, Luís M.; Moura, M. F. S. F. de; Marques, A. T.Despite the fact that their physical properties make them an attractive family of materials, composites machining can cause several damage modes such as delamination, fibre pull-out, thermal degradation, and others. Minimization of axial thrust force during drilling reduces the probability of delamination onset, as it has been demonstrated by analytical models based on linear elastic fracture mechanics (LEFM). A finite element model considering solid elements of the ABAQUS® software library and interface elements including a cohesive damage model was developed in order to simulate thrust forces and delamination onset during drilling. Thrust force results for delamination onset are compared with existing analytical models.
- Estudo da influência da pré-furação no dano em laminados carbono/epóxidoPublication . Durão, Luís M.; Tavares, João Manuel R. S.; Marques, A. T.; Magalhães, A. G.; Freitas, M.Na furação de placas em materiais compósitos é corrente o uso de técnicas tradicionais de furação adaptadas. O defeito mais grave é a delaminação, que nem sempre é visível à superfície e pode causar o colapso prematuro das estruturas. Para a avaliação dos danos provocados nas peças utilizam-se meios de controlo não-destrutivo. Neste artigo são analisados os resultados obtidos através do recurso à pré-furação em placas carbono/epóxido e de duas técnicas de controlo. Os resultados obtidos permitem estabelecer a influência da pré-furação na delaminação Neste trabalho, utilizam-se técnicas de Visão Computacional no processamento e análise das imagens obtidas nos ensaios experimentais.
- Utilização de algoritmos de processamento e análise de imagem na avaliação do dano em placas compósitasPublication . Durão, Luís M.; Magalhães, A. G.; Marques, A. T.; Tavares, João Manuel R. S.A utilização de materiais compósitos tem vindo a aumentar nas últimas décadas em virtude das suas notáveis propriedades mecânicas. Referem-se como vantagens no seu uso o baixo peso, elevada resistência e rigidez. A furação de placas compósitas é um desafio que se coloca às indústrias que trabalham com este tipo de materiais, sendo frequente o recurso a ferramentas convencionais com adaptações. Contudo, a presença de defeitos devidos a operações de maquinagem pode afectar severamente as propriedades mecânicas das peças maquinadas, nomeadamente em zonas de ligação. Neste trabalho, apresenta-se uma técnica baseada no uso de algoritmos de Processamento e de Análise de Imagem que permite a avaliação de defeitos causados pela maquinagem de placas compósitas e que pode ser utilizada no estudo e definição de estratégias de maquinagem tendentes à minimização do dano envolvido. As conclusões obtidas mostram que tal redução do dano permite um aumento da resistência mecânica das peças e a aplicação de algoritmos de Processamento e Análise de Imagem revela-se adequada.
- Analyzing objects in images for estimating the delamination influence on load carrying capacity of composite laminatesPublication . Durão, Luís M.; Magalhães, A. G.; Tavares, João Manuel R. S.; Marques, A. T.The use of fiber reinforced plastics has increased in the last decades due to their unique properties. Advantages of their use are related with low weight, high strength and stiffness. Drilling of composite plates can be carried out in conventional machinery with some adaptations. However, the presence of typical defects like delamination can affect mechanical properties of produced parts. In this paper delamination influence in bearing stress of drilled hybrid carbon+glass/epoxy quasi-isotropic plates is studied by using image processing and analysis techniques. Results from bearing test show that damage minimization is an important mean to improve mechanical properties of the joint area of the plate. The appropriateness of the image processing and analysis techniques used in the measurement of the damaged area is demonstrated.
- Influência dos parâmetros de maquinagem no dano de placas compósitasPublication . Durão, Luís M.; Magalhães, A. G.; Marques, A. T.; Tavares, João Manuel R. S.Os materiais compósitos têm-se tornado cada vez mais importantes em virtude das suas características específicas, tais como o baixo peso e uma boa relação peso/resistência. As operações de furação são habituais neste tipo de peças, devido à necessidade de posterior montagem em conjuntos. Devido à não-homogeneidade dos compósitos, a furação pode causar alguns danos, de que podem resultar perda de propriedades mecânicas da peça. Uma escolha adequada da ferramenta e dos parâmetros pode diminuir estas consequências. Neste artigo são comparados os resultados obtidos com três diferentes velocidades de corte, três avanços e três geometrias de ferramenta. As conclusões apontam para a importância duma adequada selecção dos parâmetros de maquinagem na redução do dano.
- Delamination analysis of carbon fibre reinforced laminates: evaluation of a special step drillPublication . Marques, A. T.; Durão, Luís M.; Magalhães, A. G.; Silva, João F.; Tavares, João Manuel R. S.Drilling of carbon fibre/epoxy laminates is usually carried out using standard drills. However, it is necessary to adapt the processes and/or tooling as the risk of delamination, or other damages, is high. These problems can affect mechanical properties of produced parts, therefore, lower reliability. In this paper, four different drills – three commercial and a special step (prototype) – are compared in terms of thrust force during drilling and delamination. In order to evaluate damage, enhanced radiography is applied. The resulting images were then computational processed using a previously developed image processing and analysis platform. Results show that the prototype drill had encouraging results in terms of maximum thrust force and delamination reduction. Furthermore, it is possible to state that a correct choice of drill geometry, particularly the use of a pilot hole, a conservative cutting speed – 53 m/min – and a low feed rate – 0.025 mm/rev – can help to prevent delamination.
- Evaluation of tools and cutting conditions on carbon fibre reinforced laminatesPublication . Gonçalves, Daniel J. S.; Durão, Luís M.; Tavares, João Manuel R. S.; Albuquerque, Victor Hugo C. de; Marques, A. T.The distinctive characteristics of carbon fibre reinforced plastics, like low weight or high specific strength, had broadened their use to new fields. Due to the need of assembly to structures, machining operations like drilling are frequent. In result of composites inhomogeneity, this operation can lead to different damages that reduce mechanical strength of the parts in the connection area. From these damages, delamination is the most severe. A proper choice of tool and cutting parameters can reduce delamination substantially. In this work the results obtained with five different tool geometries are compared. Conclusions show that the choice of an adequate drill can reduce thrust forces, thus delamination damage.
- Drilling of fibre reinforced plastic laminatesPublication . Durão, Luís M.; Magalhães, A. G.; Marques, A. T.; Baptista, A. P. M.; Figueiredo, M.The use of fibre reinforced plastics – FRP’s – in structures is under a considerable increase. Advantages of their use are related with their low weight, high strength and stiffness. The improvement of the dynamic characteristics has been profitable for aeronautics, automobile, railway, naval and sporting goods industries. Drilling is a widely used machining technique as it is needed to assemble parts in a structure. This is a unique machining process, characterized by the existence of two different mechanisms: extrusion by the drill chisel edge and cutting by the rotating cutting lips. Drilling raises particular problems that can reduce mechanical and fatigue strength of the parts. In this work, quasi-isotropic hybrid laminates with 25% of carbon fibre reinforced plies and 4 mm thickness are produced, tested and drilled. Three different drill geometries are compared. Results considered are the interlaminar fracture toughness in Mode I – GIc –, thrust force during drilling and delamination extent after drilling. A bearing test is performed to evaluate tool influence on the load carrying capacity of the plate. Results consider the influence of drill geometry on delamination. A correlation linking plate damage to bearing test results is presented.
- Maquinagem não convencional sobre placas compósitasPublication . Albuquerque, Victor Hugo C. de; Durão, Luís M.; Tavares, João Manuel R. S.A utilização de materiais compósitos tem crescido nas últimas décadas em virtude do seu baixo peso, elevada resistência e rigidez. A furação de placas compósitas é um desafio que se coloca às indústrias que trabalham com este tipo de materiais, sendo frequente o recurso a ferramentas convencionais, normalmente utilizadas na construção mecânica, com adaptações. Neste trabalho, apresenta-se uma técnica não convencional baseada na furação por jacto de areia sendo avaliadas as descontinuidades causadas em placas compósitas. Durante este processo de furação, as camadas da placa não resistem o tempo necessário para concluir a perfuração, aquecendo e fragmentando- se, e a areia, com o impacto, perde rapidamente o poder abrasivo. Além disso, o tempo necessário para completar com sucesso a operação seria superior a 5 horas, uma vez que a primeira etapa de jateamento durou aproximadamente uma hora, sendo necessário no fim da mesma repor um novo isolamento devido desgaste sofrido. Nesse momento da operação o progresso obtido era imperceptível. O trabalho experimental realizado permite concluir que a furação por jacto de areia, utilizando um compressor com um caudal de 1700 l/min e jateadora de sucção, não se mostra uma ferramenta promissora para executar operações de furação em placas compósitas.
- Damage analysis of carbon/epoxy plates after drillingPublication . Durão, Luís M.; Tavares, João Manuel R. S.; Magalhães, A. G.; Marques, A. T.; Baptista, A. P. M.Drilling of composites plates normally uses traditional techniques but damage risk is high. NDT use is important. Damage in a carbon/epoxy plate is evaluated by enhanced X-rays. Four different drills are used. The images are analysed using Computational Vision techniques. Surface roughness is compared. Results suggest strategies for delamination reduction.