Neste trabalho são testadas várias juntas parafusadas com laminados de fibra de carbono. São investigadas as influências dos parâmetros geométricos e dos parâmetros de constituição do laminado no comportamento da curva carga versus deformação do furo carregado. Paralelamente é desenvolvido um modelo de elementos finitos linear elástico para calcular a deformação do furo carregado a partir das propriedades mecânicas do material e da geometria da junta. É proposto um critério de previsão de carga de início de falha da junta baseado na deformação do furo calculada por elementos finitos. Os valores previstos pelo método proposto apresentam uma boa correlação com os resultados experimentais.

O uso de materiais compósitos, em especial os de fibra de carbono/resina epóxi, tem aumentado consideravelmente para aplicações estruturais na indústria aeronáutica. Um dos defeitos mais comuns ao processamento de compósitos refere-se à formação de vazios ou porosidade. A porosidade causa a redução das propriedades mecânicas e por isso, torna-se importante avaliar o comportamento do material na presença deste tipo de defeito. O presente trabalho propõe-se a caracterizar as propriedades mecânicas estáticas e em fadiga de um compósito de fibra de carbono/resina epóxi com volume de vazios entre 0,3 e 10%, utilizado na indústria aeronáutica. As propriedades em tração (influenciadas pela direção do reforço) e cisalhamento no plano (influenciadas pela matriz) foram escolhidas para o desenvolvimento do trabalho por apresentarem espectros distintos de propriedade. O critério de Mar-Lin foi utilizado na predição da resistência mecânica estática do compósito com volume de vazios superior ao volume crítico de vazios. Em fadiga, os compósitos foram avaliados quanto ao limite de deformação e por meio de ensaios de histerese. A metodologia experimental para identificação do limite de deformação envolveu a determinação da tensão residual após ensaio cíclico limitado até 120.000 ciclos, com frequência de 12 Hz e razão de tensão R=0,1, a diferentes níveis de deformação. O presente trabalho preconiza que o limite de deformação corresponde à deformação na qual a tensão residual se iguala à tensão de projeto (tensão reduzida estatisticamente ao valor de base B). Os ensaios de histerese foram realizados para mensurar o acúmulo de danos no material quando solicitado nas proximidades do limite de deformação. Os resultados mostram que a porosidade tem efeito deletério nas propriedades estáticas e de fadiga, principalmente em cisalhamento, em função do domínio da matriz. Por fim, os modelos propostos para predição do limite de deformação em tração e cisalhamento, elaborados a partir da junção de modelos para tensão residual, vida em fadiga (S-N) e o critério de Mar-Lin, são consistentes com os resultados experimentais.

Fibras de carbono fabricadas a partir de precursores poliméricos, com destaque à poliacrilonitrila (PAN), têm sido continuamente desenvolvidas e aplicadas em diversos setores, como o aeroespacial, o automobilístico, o energético e o de equipamentos esportivos, devido às suas propriedades mecânicas superiores, desenvolvendo sua potencialidade de empregabilidade, principalmente, como reforço de materiais compósitos, por aliarem comportamento mecânico a uma baixa densidade específica. No entanto, devido ao alto custo de desenvolvimento de tecnologia e de processamento de fibras de carbono, a difusão e aplicabilidade deste material ficam restritas a áreas com alto potencial de investimento financeiro. Em parte, este alto custo de produção está associado a dois fatores principais: a obtenção do precursor e as etapas de tratamento térmico necessárias para conversão térmica destas fibras em materiais carbonosos, que precisam de longos tempos e grandes quantidades de energia para serem efetuadas. A diminuição do custo de obtenção do precursor e a otimização das etapas de processamento são primordiais para o desenvolvimento de um processo em escala industrial de produtos de valores mais acessíveis, visando suprir a demanda de um mercado em contínua expansão de aplicação de fibras para uso geral, de menor rigor mecânico, sendo por isso, objetivo desta pesquisa, na qual investigou-se dois dos parâmetros interferentes no processamento de precursores PAN têxteis, o tempo de oxidação e a temperatura de carbonização. As variações das propriedades físicas e estruturais da fibra PAN mostraram-se profundamente dependentes dos parâmetros de processo de oxidação e carbonização, influenciando diretamente o comportamento mecânico das fibras de carbono desenvolvidas. As propriedades mecânicas determinadas para as fibras de carbono obtidas (resistência à tração de 900 MPa e módulo de elasticidade de 90 GPa) fundamentam o estabelecimento de uma rota alternativa de obtenção de fibras de carbono para aplicações gerais a partir de fibras PAN têxteis.

O aumento da utilização de compósitos em aplicações estruturais leva ao questionamento sobre a durabilidade desses materiais quando expostos às diversas condições impostas pela natureza. O uso em ambientes agressivos pode provocar a degradação de materiais poliméricos, assim como da interface fibra/matriz de compósitos, causada pela umidade, radiação ultravioleta (UV), choque térmico, etc. O objetivo deste trabalho é avaliar como o intemperismo, simulado em câmaras climáticas, afeta os desempenhos térmico e mecânico de compósitos de PEI/fibras de carbono. Para atingir este objetivo, neste trabalho, utilizou-se tanto a avaliação a partir da cinética de degradação, quanto diferentes condicionamentos ambientais. Desta forma, análises dinâmico-mecânicas (DMA), de cisalhamento interlaminar (ILSS) e ensaios não destrutivos foram realizados nos laminados antes e após serem submetidos aos condicionamentos higrotérmico, por radiação UV e por choque térmico. As amostras envelhecidas higrotermicamente sofreram reduções na temperatura de transição vítrea e no módulo elástico promovidas pela plasticização. A fotoxidação, induzida pela radiação ultravioleta, é apenas superficial. O choque térmico gera a formação de uma tensão reversível na região interfacial. Os resultados revelam que os compósitos de PEI/fibras de carbono podem ser utilizados em componentes externos de aeronaves.

Através do emprego de fibra de poliacrilonitrila (PAN) têxtil comercial fornecida pela Radici Fibras Ltda, este trabalho apresenta o estudo para a produção de Fibra de Carbono Ativada (ACF, do inglês: Activated Carbon Fiber) microporosa a partir de fibra PAN têxtil nacional. Fibras com 5,0 dtex foram oxidadas termicamente em patamares distintos, produzindo, assim, fibras com alto e baixo grau de oxidação. Na etapa subsequente estas fibras foram carbonizadas (atmosfera inerte) em diferentes taxas de aquecimento: 5, 10, 30 e 100C/min. O processo de carbonização foi monitorado com o objetivo de determinar a melhor condição de aquecimento para a produção de fibras de carbono a serem ativadas. Uma vez carbonizadas, as fibras foram ativadas em atmosfera de CO2 a 1000C durante 50 min (tempo limite sem degradação mecânica significativa). Entre os principais resultados destacam-se a microporosidade alcançada, com um diâmetro médio de 0,55 nm (Density Function Theory - DFT) e área de 900 m2/g (Brunauer Emmet e Teller - BET) para todas as amostras produzidas. A taxa de aquecimento na carbonização e o grau de oxidação da fibra PAN influenciaram principalmente na formação dos grupos químicos presentes na superfície bem como a faixa de concentração do tamanho de poros. Fibras PAN com alto grau de oxidação, carbonizadas a 100C/min apresentaram área por BET de 830 m2/g com diâmetro médio de poros de 0,53 nm (DFT). O ensaio de remoção de contaminantes em um aquário foi realizado constatando-se a potencialidade de remoção de poluentes de bases nitrogenadas e fosforadas. Os componentes do tipo nitrato e amônia foram 100% removidos. Os resultados mostraram que o uso de PAN têxtil nacional permite produzir ACF de característica estritamente microporosa em 2,5h. Este processo, mesmo comparado com o estado da arte internacional, pode ser considerado inovador, ultrarrápido com potencialidade de ser transformado em produto comercial.

Neste trabalho foi realizado um estudo numérico e experimental da resistência ao impacto de laminados compósitos carbono/epóxi quando sujeitos aos efeitos da curvatura e pressão interna simultaneamente. Este projeto pode ser dividido em três partes principais: (i) Desenvolvimento de modelos numéricos que permitam prever o comportamento de cascas laminadas internamente pressurizadas sujeitas a cargas de impacto; (ii) Projeto, fabricação e integração de um câmara de pressurização à torre de impacto em queda-livre disponível no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA; e (iii) os ensaios de impacto com diferentes curvaturas e níveis de pressurização interna para validação dos modelos numéricos. Os modelos numéricos foram desenvolvidos utilizando o ABAQUS 6.10-1 no modo "Dynamic Explicit" sendo considerada a degradação do material e seus modos de falha através do uso de modelos constitutivos de dano. O carregamento de impacto no corpo de prova (CDP) foi aplicado utilizando uma torre de impacto em queda livre instrumentada e existente no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA. A partir dos resultados experimentais os modelos numéricos foram validados. Com base nos resultados encontrados ficou clara a importância de se considerar modos de falha como delaminação e a pressurização interna para uma representação numérica qualitativa de estruturas aeronáuticas de material compósito sujeitas a carregamentos de impacto.

Neste trabalho foram realizados estudos experimentais da aplicação de plasmas excitados por micro-ondas para o tratamento da superfície de fibras de carbono (FCs) em dois modos de exposição. No primeiro, as amostras de FC são tratadas imersas ao meio ionizante do plasma (aqui denominado de "descarga direta"), e o segundo, as FCs são posicionadas em regiões adjacentes, denominada de pós-descarga. O objetivo do trabalho foi avaliar a ação desses plasmas nas características físicas e químicas da superfície das fibras. Uma metodologia inédita da técnica de goniometria foi aplicada na caracterização da superfície das FCs, possibilitando verificar a ação efetiva dos plasmas na modificação das mesmas. Todos os tratamentos conferiram elevada molhabilidade às FCs, inclusive para as amostras tratadas na pós-descarga à distância de 60 cm da fonte de plasma. Amostras tratadas por aproximadamente 5 s na descarga direta mantiveram molhabilidade total mesmo decorrido um mês após o tratamento. Pelas imagens de microscopia não foram observadas alterações significativas na morfologia das FCs tratadas. As amostras tratadas por 10 s na descarga direta apresentaram redução expressiva na razão I(D)/I(G) dos espectros Raman, o que indica aumento do grau de ordenação das estruturas, devido à ação do plasma na remoção de camadas amorfas fracamente ligadas. Dentre as técnicas de Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FT-IR) utilizadas, a Refletância Total Atenuada com cristal de Ge (FT-IR/ATR/Ge) possibilitou constatar que os plasmas agem nas FCs em um grau de profundidade da ordem de frações de micrometros, mesmo para os tratamentos rápidos. Porém, essas mesmas amostras apresentaram redução da intensidade espectral de praticamente todas as bandas. Estes resultados indicam que as mudanças ocasionadas pelos plasmas são predominantemente químicas e a molhabilidade está relacionada com as alterações ocorridas nas camadas mais próximas da superfície das FCs. O sistema a plasma de micro-ondas em pós-descarga é o que apresenta maior potencial de aplicação industrial, por este operar em uma faixa maior de pressão, inclusive em pressão atmosférica, o que possibilita o tratamento das FCs em modo contínuo.

Para a indústria aeronáutica e aeroespacial os materiais compósitos são considerados materiais estratégicos, pois permitem redução de peso estrutural da aeronave ou veículo espacial mantendo o desempenho mecânico exigido para suportar as diversas situações de carregamento mecânico. É essencial, portanto, obter parâmetros para definir as propriedades mecânicas dos vários tipos de compósitos que serão utilizados por projetistas nas diversas áreas onde são empregados. As propriedades mecânicas de compósitos estruturais dependem, dentre outros fatores, da matriz com a qual são manufaturados. O empilhamento de camadas de fibras de reforço faz com que a região interlaminar seja o ponto de menor resistência mecânica em compósitos aeroespaciais. Uma das propriedades dos compósitos de matriz polimérica ou mesmo matriz de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CFRC) é possuir baixa resistência ao cisalhamento interlaminar, e como conseqüência, apresentam baixa tenacidade à fratura interlaminar. É importante a determinação da tenacidade à fratura quando a solicitação mecânica se baseia na tração (descolamento) interlaminar. Neste caso a propriedade determinada é a taxa de liberação de energia de deformação interlaminar (GIc). O trabalho pretende desenvolver uma metodologia para essa finalidade

Os Materiais Absorvedores de Radiação Eletromagnética (MARE) possuem características química e física que convertem a energia da onda eletromagnética incidente em energia térmica. Atualmente, esses materiais são utilizados nos setores espacial, aeronáutico, telecomunicações e médico, em aplicações que requerem o controle do nível da radiação eletromagnética. Este trabalho mostra o estudo do comportamento de MARE, obtidos via combinação adequada de substratos de materiais compósitos com matrizes epóxi e fenólica reforçadas com fibras de carbono, vidro e aramida, e revestimentos absorvedores de radiação eletromagnética, comprometidos com a faixa de freqüências entre 8 e 12 GHz. A caracterização eletromagnética dos materiais foi realizada pelo uso dos métodos de guia de onda, arco NRL, perda por inserção entre antenas e seção reta radar, que envolvem fundamentalmente a determinação do coeficiente de transmissão e reflexão do material. O material absorvedor de radiação eletromagnética foi obtido pelo uso de um aditivo magnético baseado em ferrita da classe espinélio, tipo MnZn, em matriz do tipo epóxi com concentração de 60 % em massa. O MARE obtido aplicado em uma placa metálica plana apresenta uma absorção máxima em 10 GHz, igual a -20 dB (99%) e -43 dB (99,995%) com 2mm e 3 mm de espessura, respectivamente. A absorção da radiação eletromagnética do MARE obtido foi correlacionada com os parâmetros complexos de permeabilidade e permissividade, granulometria e espectroscopia Mossbauer, onde foi verificado que a granulometria altera o comportamento de absorção. O MARE com 2 mm de espessura foi aplicado nas placas planas de materiais compósitos, onde foi determinado que o coeficiente de reflexão destes substratos foi reduzido entre -20 dB (99%) e -13 dB (95%) em 10 GHz. Quando o MARE com 2 mm de espessura foi aplicado em substratos metálicos (alumínio) com geometrias tipos diedro e triedro, foi observada uma maior redução da radiação incidente, de -25 dB (99,7%) e -30 dB (99,9%) em 10 GHz, respectivamente, devido ao efeito de múltiplas reflexões do sinal entre as faces desses alvos.

O presente trabalho tem como objetivo o projeto preliminar da fuselagem e trem de pouso de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) em desenvolvimento pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA). Com base em dados fornecidos pelas equipes de projeto do ITA, foi elaborada uma fuselagem não convencional de estrutura formada por tubos de fibra de carbono unidos por juntas de alumínio. Além da fuselagem, foi realizado o projeto do trem de pouso em alumínio. As concepções da fuselagem e do trem foram submetidas a uma análise estrutural com o objetivo da obtenção de um pré-dimensionamento de seus componentes mais relevantes. Esse dimensionamento foi baseado em um cálculo de cargas em que os dados foram fornecidos pela equipe de mecânica do vôo.