AVALIAÇÃO COMPARATIVA DO DESEMPENHO À FLEXÃO DE ESTRUTURAS SANDUÍCHES COM MATERIAIS COMPOSTOS
A.E.C. Sobreira (1), G.T.S. Ribeiro (1), C.A. Cimini Jr. (1)
(1)Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos, 6627, Pampulha, Belo Horizonte, MG, cep: 31270-901
Palavras-chave: flexão, rigidez, sanduíche, material composto
Resumo
Já é clara a crescente importância que os materiais compostos estão adquirindo no mercado. O seu uso tem se expandido cada vez mais, uma vez que possuem notáveis propriedades mecânicas como elevada resistência, elevada rigidez, alta resistência a impactos e à fadiga, dilatação térmica reduzida, entre outras. Além disso, o processo manual de fabricação e a orientação das fibras em relação aos esforços proporcionam um pequeno desperdício de material.
A finalidade desta pesquisa é, a partir de ensaios de flexão, estabelecer um sanduíche de balsa e material composto que, aliando critérios de custo-benefício, seja capaz de suportar a carga máxima de ruptura com a menor deformação possível, ou seja, possua a maior rigidez.
Foram ensaiados três tipos de sanduíches. Para cada sanduíche foram preparados 4 corpos de prova de dimensões de 150 x 30 mm (Fig. 1): - fibra de carbono / balsa (1/8") / fibra de carbono - fibra de vidro / balsa (1/8") / fibra de vidro - Kevlar® (fibra de aramida) / balsa (1/8") / Kevlar® Todos os três tipos foram laminados com a resina Araldyte LY5052 e catalisador (o procedimento para conformação está ilustrado na Fig. 2). A tabela seguinte (Tabela 1) fornece informações sobre a espessura e a massa de cada tipo de sanduíche. |
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| Os ensaios foram realizados numa máquina Instron 4482 com os dispositivos adequados para teste de flexão em quatro pontos (2 barras circulares para a aplicação da carga sobre o corpo de prova e uma estrutura de apoio - conforme mostra a Fig.3), além de usar o programa Instron para aquisição simultânea de dados. O corpo de prova foi posicionado no apoio de tal forma que 60% de seu comprimento estivesse compreendido entre os dois cutelos, e as duas barras circulares se posicionassem centralmente em relação aos mesmos, mantendo uma distância entre si que segue a proporção de 1/3 do comprimento compreendido entre os dois cutelos. Após todos esses acertos, a carga é aplicada (foi utilizada uma célula de carga de 100 kN) a uma taxa constante de 2mm/min. |
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Os resultados são apresentados nos gráficos (Força x Deslocamento) mostrados na Figura 4.
A Tabela 2 apresenta, para cada tipo de sanduíche, a carga máxima e a rigidez, além da razão dessas propriedades em relação à massa (propriedades específicas), importantes em nossa análise. A variação relativa da rigidez específica em termos percentuais está apresentada como uma complementação junto à rigidez/massa.
Analisando os resultados, percebemos que as relações entre carga máxima e massa, e entre rigidez e massa do sanduíche de balsa e fibra de carbono são as que melhor atendem ao proposto - suportar a carga máxima de ruptura com a menor deformação possível. Entretanto, considerações sobre o custo da fibra de carbono não podem ser desprezadas. Dos três tipos de fibra utilizadas nos ensaios, a fibra de carbono é a de maior custo (U$39,70/metro), seguida do Kevlar (U$17,33/metro) e, finalmente, da fibra de vidro (U$9,43/metro).
Agradecimentos: as autoras agradecem ao professor orientador - C.A. Cimini Jr. - pela confiança depositada, à prof. Maria Teresa P. Aguilar e ao Christian pelo suporte técnico do Laboratório de Ensaios Especiais, a Hexcel pelos tecidos de fibras, a Vantico pela resina e aos colegas pelo apoio e incentivo.
Referências:
ASTM - American Society for Testing and Materials, C393-62 - "Standard Test Method for Flexural Properties of Flat Sandwich constructions", 1988.
DANIEL, I.M. and ISHAI, O., Engineering Mechanics of Composite Materials, Oxford University Press, New York, 1994.
RIBEIRO, R. P., Manutenção de Aeronaves - Materiais Compostos - Notas de Aula, Belo Horizonte, 2001.
CATALOG - Aircraft Spruce & Specialty Company, Fullerton, Canada, 1988.
