O presente trabalho é um estudo qualitativo do comportamento mecânico do laminado metal-fibra GLARE-5 2/1, submetido a impacto balístico subsônico em condições que simulam à amplitude térmica em aplicações espaciais. Para isto, os corpos de prova foram submetidos e ao impacto balístico de um projétil cilíndrico e alguns destes foram submetidos ao choque térmico, alternando entre -196 e 100°C. Os danos causados por estes ensaios foram analisados com as técnicas de microscopia óptica e tomografia computadorizada de raios X (X-Ray CT), que permitiram o entendimento dos danos em duas e três dimensões. Comparouse o resultado entre estas técnicas e a influência do ordenamento das amostras no escaneamento deste material. Concluiu-se que a X-Ray CT é uma técnica não destrutiva que proporciona boa informação para o entendimento dos danos internos causados pelo impacto no GLARE, embora não replicou com exatidão os danos observados na microscopia óptica. Além disso, o agrupamento de amostras do GLARE para o escaneamento permitiu melhorar a qualidade das imagens resultantes destes escaneamentos. Os danos mais comuns causados pelo impacto foram delaminações metal-fibra, trincamentos na matriz polimérica e delaminações fibra-fibra, sendo a condição criogênica a que resultou em maior volume de danos. Amostras submetidas ao choque térmico mostraram uma queda de sua temperatura de transição vítrea e ganho na resistência ao impacto. / This is a qualitative study of the mechanical behavior of the metal-fiber laminate GLARE-5 2/1 subjected to subsonic ballistic impact under conditions that simulate thermal amplitude in space applications. For this, the specimens were submitted to the ballistic impact of a cylindrical projectile; some specimens were previously thermal shocked, alternating between - 196 and 100 ° C. The damages caused by these tests were analyzed by optical microscopy and X-ray CT (X-Ray CT), which allows the understanding of damage in two and three dimensions. Were compared the results between these techniques and the influence of the ordering of the samples in the scanning of this material. It was concluded that X-Ray CT is a non-destructive technique that provides good information for understanding the internal damage caused by impact on GLARE, although it did not replicate accurately the damage observed under light microscopy. In addition, GLARE sample collation for scanning has improved the quality of the images resulting from these scans. The most common damages caused by the impact were metal-fiber delamination, cracking in the polymer matrix and fiber-fiber delamination, the cryogenic condition being the result of greater damage. Samples subjected to thermal shock showed a drop in their glass transition temperature and gain in impact resistance.

Aplicações dos laminados híbridos metal-fibra incluem, além da indústria aeronáutica, as indústrias naval e automobilística. Diferentemente do setor aeronáutico, pesquisas sobre impactos mecânicos nas duas outras áreas da mobilidade são freqüentemente limitadas pela disponibilidade de equipamentos laboratoriais, de modo que é desejável o desenvolvimento de procedimentos de baixo custo para a determinação da resistência e tolerância a danos por impacto dos materiais de construção. Neste trabalho, a resistência a danos por impacto transversal do laminado híbrido metal-fibra Glare-5® foi determinada via três diferentes metodologias. A primeira utiliza um aparato sofisticado aparato Laser-Doppler para monitorar a aceleração e desaceleração de um impactador esférico de aço com 5 mm de diâmetro durante o evento do choque mecânico. O segundo método se baseia apenas nos valores de carga (força aplicada) vs. o tempo de impacto para a obtenção da energia absorvida pelo material. O terceiro considera somente os dados da velocidade do impactador, ou projétil, imediatamente antes e após o impacto. Concluiu-se que os valores de energia obtidos segundo as duas primeiras metodologias são similares, com o Laser-Doppler gerando resultados levemente não-conservadores, comprovando assim a possibilidade da derivação da resistência ao impacto do laminado através de um experimento simples e rápido, que utiliza apenas uma célula de carga digital para a monitoração da força aplicada em função do tempo. O terceiro método apresentou resultados substancialmente superiores às duas primeiras metodologias, sendo classificado como inadequado aos propósitos do projeto. Determinou-se que o laminado híbrido Glare-5®; absorve entre 60% e 80% da energia disponibilizada em impactos ditos leves, no intervalo de 1 a 6 Joules. Por fim, comprovou-se que a rigidez do material (módulo de elasticidade) é a propriedade residual (numa base de tolerância a danos) mais clara e consistentemente degradada pelo impacto previamente aplicado ao material. / Applications of hybrid fiber-metal laminates include, besides aeronautical industry, the automotive and naval industries. Unlike aeronautical field, impact research activities in the former areas of mobility industry are frequently limited by available laboratory equipment, so that it would be desirable to develop low-cost procedures to determine impact resistance and tolerance properties of construction materials. In this work, the transversal (trans-thickness) impact resistance and tolerance of hybrid fiber-metal laminate Glare-5® have been determined via three different methodologies. The first one utilizes sophisticated apparatus comprising a Laser-Doppler device to monitor deceleration/re-acceleration of 5 mm-diameter steel-ball impactor during the mechanical shock event. The second approach merely relies on the force (applied load) vs. impact time for determining the absorbed energy during the dynamic process. The third methodology requires only impactor velocity data points, immediately before and after the impact. It has been concluded that the energy values obtained from Laser- Doppler and load cell methods are very similar, with the former method producing slightly non-conservative results, allowing one to rapidly derive the impact resistance of hybrid laminate materials through very simple experimental set-ups employing digital load cells only. The third method presented somewhat higher results as compared to the concurrent techniques, so that it has been considered as inadequate for the research purposes. This study has shown that the fibre-metal laminate Glare absorbs between 60% and 80% of the apported impact energy during light impact events (ranging from 1 to Joules). Last, but not the least, materials stiffness was the most clearly and consistently imparted residual mechanical property (in a damage tolerance basis) due to the previous applied impact loading.

Aplicações dos laminados híbridos metal-fibra incluem, além da indústria aeronáutica, as indústrias naval e automobilística. Diferentemente do setor aeronáutico, pesquisas sobre impactos mecânicos nas duas outras áreas da mobilidade são freqüentemente limitadas pela disponibilidade de equipamentos laboratoriais, de modo que é desejável o desenvolvimento de procedimentos de baixo custo para a determinação da resistência e tolerância a danos por impacto dos materiais de construção. Neste trabalho, a resistência a danos por impacto transversal do laminado híbrido metal-fibra Glare-5® foi determinada via três diferentes metodologias. A primeira utiliza um aparato sofisticado aparato Laser-Doppler para monitorar a aceleração e desaceleração de um impactador esférico de aço com 5 mm de diâmetro durante o evento do choque mecânico. O segundo método se baseia apenas nos valores de carga (força aplicada) vs. o tempo de impacto para a obtenção da energia absorvida pelo material. O terceiro considera somente os dados da velocidade do impactador, ou projétil, imediatamente antes e após o impacto. Concluiu-se que os valores de energia obtidos segundo as duas primeiras metodologias são similares, com o Laser-Doppler gerando resultados levemente não-conservadores, comprovando assim a possibilidade da derivação da resistência ao impacto do laminado através de um experimento simples e rápido, que utiliza apenas uma célula de carga digital para a monitoração da força aplicada em função do tempo. O terceiro método apresentou resultados substancialmente superiores às duas primeiras metodologias, sendo classificado como inadequado aos propósitos do projeto. Determinou-se que o laminado híbrido Glare-5®; absorve entre 60% e 80% da energia disponibilizada em impactos ditos leves, no intervalo de 1 a 6 Joules. Por fim, comprovou-se que a rigidez do material (módulo de elasticidade) é a propriedade residual (numa base de tolerância a danos) mais clara e consistentemente degradada pelo impacto previamente aplicado ao material. / Applications of hybrid fiber-metal laminates include, besides aeronautical industry, the automotive and naval industries. Unlike aeronautical field, impact research activities in the former areas of mobility industry are frequently limited by available laboratory equipment, so that it would be desirable to develop low-cost procedures to determine impact resistance and tolerance properties of construction materials. In this work, the transversal (trans-thickness) impact resistance and tolerance of hybrid fiber-metal laminate Glare-5® have been determined via three different methodologies. The first one utilizes sophisticated apparatus comprising a Laser-Doppler device to monitor deceleration/re-acceleration of 5 mm-diameter steel-ball impactor during the mechanical shock event. The second approach merely relies on the force (applied load) vs. impact time for determining the absorbed energy during the dynamic process. The third methodology requires only impactor velocity data points, immediately before and after the impact. It has been concluded that the energy values obtained from Laser- Doppler and load cell methods are very similar, with the former method producing slightly non-conservative results, allowing one to rapidly derive the impact resistance of hybrid laminate materials through very simple experimental set-ups employing digital load cells only. The third method presented somewhat higher results as compared to the concurrent techniques, so that it has been considered as inadequate for the research purposes. This study has shown that the fibre-metal laminate Glare absorbs between 60% and 80% of the apported impact energy during light impact events (ranging from 1 to Joules). Last, but not the least, materials stiffness was the most clearly and consistently imparted residual mechanical property (in a damage tolerance basis) due to the previous applied impact loading.

Foi realizado um estudo comparativo da capacidade de duas variantes do método de radiografia por raios- X em detectar trincas de fadiga em juntas sobrepostas rebitadas de laminado híbrido metal-fibra Glare® de uso aeronáutico. Durante os ensaios mecânicos de fadiga sob amplitude constante de tensão, diversos corpos de prova rebitados foram periodicamente inspecionados por raios-X, em ambas as modalidades convencional e digital. Raios-X em filmes convencionais digital. Raios-X em filmes convencionais proporcionaram ótimo detalhamento de trincas nas juntas mecânicas, enquanto que as imagens geradas pela modalidade digital apresentaram qualidade muito inferior, prejudicando ou até mesmo impedindo a avaliação do grau de integridade estrutural das juntas rebitadas. / A comparison is performed on the ability of two modalities of nondestructive X-ray radiography method in detecting fatigue cracks in riveted lap joints of aeronautical grade fiber-metal laminate Glare™. During constant amplitude loading in fatigue testing riveted specimens were periodically inspected using both the conventional and digital X-ray methodology. Conventional film X-ray modality provided high quality images of growing cracks in the mechanical joints, whereas digital radiography generated faulty images, which impaired or even prevented the structural integrity assessment of the riveted joints.

Foi realizado um estudo comparativo da capacidade de duas variantes do método de radiografia por raios- X em detectar trincas de fadiga em juntas sobrepostas rebitadas de laminado híbrido metal-fibra Glare® de uso aeronáutico. Durante os ensaios mecânicos de fadiga sob amplitude constante de tensão, diversos corpos de prova rebitados foram periodicamente inspecionados por raios-X, em ambas as modalidades convencional e digital. Raios-X em filmes convencionais digital. Raios-X em filmes convencionais proporcionaram ótimo detalhamento de trincas nas juntas mecânicas, enquanto que as imagens geradas pela modalidade digital apresentaram qualidade muito inferior, prejudicando ou até mesmo impedindo a avaliação do grau de integridade estrutural das juntas rebitadas. / A comparison is performed on the ability of two modalities of nondestructive X-ray radiography method in detecting fatigue cracks in riveted lap joints of aeronautical grade fiber-metal laminate Glare™. During constant amplitude loading in fatigue testing riveted specimens were periodically inspected using both the conventional and digital X-ray methodology. Conventional film X-ray modality provided high quality images of growing cracks in the mechanical joints, whereas digital radiography generated faulty images, which impaired or even prevented the structural integrity assessment of the riveted joints.