Os painéis aeronáuticos de materiais compósitos laminados podem falhar em flambagem por compressão ou por cisalhamento. Já foi demonstrado que as tensões térmicas residuais de cura podem afetar significativamente a carga de flambagem por compressão de painéis finos de carbono / epoxi, havendo configurações onde as tensões residuais térmicas aumentam a carga de flambagem e outras configurações onde elas são prejudiciais. Dessa forma, uma rotina computacional de análise estrutural foi desenvolvida em linguagem FORTRAN para projetar o painel de modo que as tensões residuais térmicas atuem de forma favorável ao aumento da carga crítica de flambagem por compressão. Efeito análogo também deve ocorrer para flambagem por cisalhamento. Entretanto, uma análise sistemática do efeito das tensões residuais térmicas na flambagem por cisalhamento ainda não existe na literatura. O problema de flambagem por cisalhamente leva a uma formulação de elementos finitos em que a matriz de rigidez geométrica não é positiva definida. Portanto, o algoritmo de interação por subespaço, usualmente utilizado em problemas de flambagem por compressão, não é adequado para o tratamento deste problema. Desta forma o presente trabalho objetivou complementar e modificar um pacote computacional de elementos finitos já existente possibilitando análises de flambagem por cisalhamento. Foram feitas análises sistemáticas do efeito das tensões residuais térmicas na carga de flambagem por cisalhamento para determinar as configurações mais favoráveis para projeto de painéis de compósito. Foi verificado que a carga crítica de flambagem por cisalhamento aumenta com a diferença entre a temperatura de trabalho (ambiente) e a temperatura de cura do material.

A presença de vazios em laminados prejudica o desempenho estrutural dos compósitos. Em geral, os vazios afetam a resistência estática e a vida em fadiga dos laminados, principalmente, naqueles carregamentos em que a resistência é dominada pela matriz: cisalhamento interlaminar, compressão e flexão. Além disso, o tipo de sistema de resina utilizado nos laminados tem influência na forma e no tamanho dos vazios dos laminados e no estabelecimento dos parâmetros de fratura.Este trabalho visa estabelecer experimentalmente níveis máximos de aceitação de vazios que não sejam prejudiciais ao desempenho das funções dos compósitos e investigar a adequabilidade do critério de falha de Mar-Lin modificado na correlação de dados experimentais de resistência com o conteúdo de vazios. Uma metodologia de manufatura de laminados com alta porosidade foi desenvolvida. Sistemas de carbono/epóxi e carbono/bismaleimida com conteúdo de vazios na faixa de 0 a 12% foram produzidos e os valores de atenuação no ultra-som, resistências ao cisalhamento interlaminar e à compressão foram medidos para cada tipo de material. Além disso, todos os compósitos poliméricos obtidos foram submetidos aos efeitos higrotérmicos em câmara de climatização e suas propriedades mecânicas também foram avaliadas. O critério de falha foi usado para correlacionar a resistência à fratura com a atenuação no ultra-som determinando parâmetros de fratura para todos os materiais e tipos de carregamento estudados. A análise microestrutural também foi utilizada para caracterizar a distribuição, a forma e localização dos vazios nos laminados de carbono/epóxi e carbono/bismaleimida.Os resultados mostram que o critério de falha utilizado apresenta boa concordância entre os dados experimentais para todos os materiais e carregamentos considerados. Assim, foi possível estabelecer um nível crítico de conteúdo de vazios para cada caso estudado.

Ambientes úmidos, temperaturas elevadas e outros fatores agressivos (UV, meios químicos e agentes de intemperismo) podem causar uma variedade de mudanças imediatas ou a longo prazo nas propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos poliméricos. O processo de difusão da umidade ocorre com o tempo por ação da capilaridade até o laminado atingir o nível de equilíbrio, afetando principalmente as propriedades dominadas pela matriz ou pela interface fibra/resina. A seqüência de empilhamento das camadas e o tipo de acabamento da borda livre podem afetar a resistência do laminado, causando a delaminação de borda como, também, influenciar no processo de absorção de umidade. Os laminados fabricados com bordas moldadas eliminam o acabamento da borda por processo de usinagem convencional com grande ganho de produtividade, mas os seus comportamentos mecânicos, quando esses estão saturados de umidade, ainda não foram apresentados na literatura. Nesta tese são apresentados resultados de resistência à tração de laminados cruzados e multidirecionais de carbono/epóxi com bordas moldadas e usinadas, ensaiados nas condições seco à temperatura ambiente e úmido em câmara de climatização. Os laminados são fabricados com pré-impregnados de fita unidirecional contínua e curados por processo a vácuo em autoclave. A comparação dos resultados mostra que há um aumento na resistência de alguns laminados. Nestes casos particulares ficou evidente que a saturação de umidade influenciou as propriedades da resina, indicando que ocorreu a plasticização com a conseqüente tenacificação da estrutura polimérica. Nos outros laminados a umidade provocou o envelhecimento do polímero, degradando a interface fibra/resina e, conseqüentemente, reduzindo a resistência. A análise microscópica da região de interface fibra/resina no plano de fratura do laminado, pela técnica de microscopia eletrônica de varredura, mostra que as condições ambientais que combinam temperatura e umidade favoreceram o rompimento da interface, devido ao longo período de exposição até completar a saturação do compósito.

Foi desenvolvido um programa experimental objetivando estudar a resistência de uma ligação mecânica em material compósito em função da variação de distância de borda.Foram utilizados no programa experimental tecido de fibra de vidro e tecido de fibra de carbono, prendedores 3/16" e 5/32" de diâmetro, resina epóxi e cura a 120C. Três orientações foram utilizadas para ensaio: (0/90), (0/90) combinado com (45) e (45). Os ensaios foram realizados nas condições ambientais RTD (temperatura ambiente, seco) e ETW (temperatura elevada, úmido). O número de camadas para o tecido de fibra de vidro foi diferente do utilizado para fibra de carbono para que fosse mantida a mesma espessura. As distâncias de borda avaliadas foram 1.5d, 2.0d e 2.5d (onde d é o diâmetro do prendedor), em um corpo de prova de junta sobreposta.Os resultados obtidos mostram o tecido de fibra de carbono com resistência superior ao tecido de fibra de vidro para a mesma condição ambiente (RTD ou ETW), a condição RTD é superior a condição ETW, e os maiores valores de resistência são encontrados com a orientação (0/90) combinado com (45) onde existe alternância de direção de camadas. A sensibilidade à variação de distância de borda é elevada na condição RTD e baixa na condição ETW.