[pt] Entalhes e mudanças bruscas de geometria são indispensáveis na prática, mas geram uma perturbação no campo de tensões e são responsáveis pela falha da maioria dos componentes estruturais. O presente trabalho tem por objetivo estudar o efeito de concentração de tensão em materiais compósitos. O formalismo de Stroh é utilizado para obter a solução analítica da distribuição de tensão na borda de furos elípticos em placas infinitas anisotrópicas sob tensões nominais aplicados genéricas no plano. A teoria clássica dos laminados é aplicada para obter propriedades equivalentes de laminados simétricos de tal forma que o mesmo possa ser considerado uma placa ortotrópica homogênea de rigidez equivalente. Os critérios de Tsai-Wu, Puck e LaRC05 são estudados pelos seus destacados desempenhos no WWFE (World-Wide Failure Exercise) e aplicados a diversas condições de carregamentos para furos circulares e elípticos para diferentes laminados. O estado multiaxial da distribuição de tensões na borda do furo causado pelo efeito da espessura é estudado analiticamente considerando a hipótese limite de deformação plana. A análise de placas finitas é realizada utilizando o software comercial de elementos finitos ANSYS considerando-se tensão plana para comparar soluções aproximadas para as mesmas encontradas na literatura. Por último, um estudo com base na micromecânica utilizando o modelo de Halpin-Tsai para estimar as propriedades de uma lâmina em função da fração volumétrica das fibras é apresentado para avaliar a importância da mesma na concentração de tensão. / [en] Notches and abrupt geometry variations are unavoidable in practice, but they result in stress field irregularities and are the reason for failure in majority of structural components. The aim of the present work is to study stress concentration on composite materials. To accomplish, the Stroh formalism is introduced to obtain the analytical solution of the stress distribution around the border an elliptical hole in an infinity plate subjected to general in-plane applied nominal stresses. The classical laminate theory is used to obtain equivalent properties of symmetric laminates since it could be modeled as a homogeneous plate with equivalent stiffness. Tsai-Wu, Puck and LaRC05 criteria are discussed in detail and applied for different load conditions for laminate plates with circular and elliptical holes. The multiaxial stress distribution along the hole border caused by the thickness effect is studied using the plane strain hypothesis. Finite plates are analyzed using the commercial finite element package ANSYS considering plane stress hypothesis to compare the approximation solutions available in literature. At last, a micromechanics based approach using the Halpin-Tsai model to estimate the lamina mechanical properties according to the fiber volumetric fraction is presented to evaluate its influence on stress concentration.

O objetivo deste estudo foi avaliar a estabilidade de cor de cimentos resinosos para fixação de restaurações cerâmicas em diferentes espessuras submetidas ao envelhecimento artificial acelerado (EAA). Foram utilizados 60 molares humanos hígidos, cujas porções radiculares foram incluídas em matriz de PVC (15 mm de diâmetro) com resina acrílica e as faces oclusais foram planificadas, 30 em esmalte e 30 até dentina, sendo que 10 dentes de cada substrato foram considerados gruposcontrole para os dentes restaurados. Foram obtidos 40 corpos de prova em cerâmica (IPS e-max Ceram, Ivoclar Vivadent), com 0,5 mm e 1,0 mm, que foram separados aleatoriamente em dois grupos (n=10) segundo o tipo de cimento resinoso dual utilizado para fixação: convencional (Variolink II, Ivoclar/Vivadent) ou auto-adesivo (Rely-X Unicem, 3M ESPE). Além desses, foram obtidos 10 corpos de prova de cada cimento resinoso (0,5mm), considerado grupo-controle para os materiais. Todas as amostras foram mantidas em estufa a 37ºC por 24h, após o qual foram realizadas as leituras de cor iniciais (Vita EasyShade, VITA). Em seguida, foram submetidas ao EAA por 580 horas, após o qual novas leituras de cor foram realizadas. Foi avaliada estabilidade de cor e a luminosidade. Os dados de estabilidade de cor (&Delta;E) e luminosidade (&Delta;L) obtidos foram submetidos a análise estatística (2-way ANOVA, Bonferroni, p<0,05) e a comparação dos materiais com os grupos controles foi realizada utilizando 1-way ANOVA e teste de Tukey (p<0,05). O cimento dual convencional apresentou maior alteração de cor e luminosidade quando sob a restauração de 0,5mm, diferente estatisticamente (p<0,05) de restaurações de 1,0mm. Não houve diferença estatisticamente significante (p>0,05) quando comparados os materiais. Quando analisadas a estabilidade de cor e luminosidade dos grupos com restaurações em relação aos grupos-controle, verificou-se que ambos os cimentos apresentaram maiores alterações, diferente estatisticamente (p<0,05) dos demais grupos, com exceção ao grupo de 0,5mm em relação ao Grupo esmalte quando analisado o cimento dual convencional (p>0,05). Concluiu-se que quanto menor a espessura da restauração, maior a alteração de cor e de luminosidade do cimento dual convencional. As alterações do cimento autoadesivo não dependem da espessura da restauração. / The aim of this study was to evaluate the color stability of resin cements for luting ceramic restorations with different thicknesses submitted to accelerated artificial aging (AAA). Sixty sound human molars had their root portions embedded in PVC rings (15-mm diameter) with acrylic resin. Their occlusal surfaces were flattened according two substrates: 30 surfaces until enamel and 30 until dentin. Then, 10 teeth of each substrate were considered as control groups for restored teeth. Forty specimens of ceramic (IPS e-max Ceram, Ivoclar Vivadent) were obtained with two different thicknesses (0.5 mm and 1.0 mm) and were randomly separated into two groups (n = 10) according to the type of the Dual resin cement used for luting: conventional (Variolink II, Ivoclar / Vivadent) or self-adhesive (Rely-X Unicem, 3M ESPE). Also, 10 specimens (0.5 mm) of each cement were obtained to be considered as control groups for materials. All specimens were stored at 37º C for 24 hours, and initial color readings (Vita Easyshade, VITA) were performed. Then, they were submitted to AAA for 580 hours, and final color readings were taken. Color stability and brightness were evaluated. Data of color stability (&Delta;E) and brightness (&Delta;L) were statistically analyzed (2- way ANOVA, Bonferroni, p<0.05) and the comparison of materials with control groups was performed using one-way ANOVA and Tukeys test (p<0.05). The conventional dual cement showed the greatest change in color and brightness when under restorations of 0.5 mm, statistically different (p<0.05) to restorations of 1.0 mm. There was no statistically significant difference (p>0.05) when comparing materials. When analyzing the color stability and brightness of restorations groups compared to control groups, both cements showed greater changes, statistically different (p<0.05), than other groups, except for the group of 0.5 mm in relation to enamel group when the dual conventional cement was analyzed (p>0.05). It was concluded that the smaller the thickness of the restoration, the greater the color and brightness changes of the dual conventional cement. Changes of the self-adhesive cement do not depend on the thickness of the restoration.

Diversos métodos de ensaios não-destrutivos (Ultrasom, Radiografia, Termografia e Shearografia) foram empregados na inspeção de peças laminadas estruturais compósitas sólidas de matriz polimérica manufaturadas pela indústria aeronáutica. Concluiu-se que Ultrasom pulso-eco convencional de contato foi a técnica mais abrangente na indicação de descontinuidades (danos/defeitos de manufatura) considerando-se peças planas e curvas, não obstante tenha falhado na detecção de trincas longas e bem definidas localizada na alma de componentes co-curados. Radiografia convencional por filmes exibiu um potencial interessante como método alternativo, ou complementar ao de Ultrasom. Termografia infravermelha foi a técnica mais veloz na indicação de descontinuidades, sendo uma valiosa alternativa para um mapeamento rápido em inspeções preliminares seguidas pela aplicação de técnicas complementares. Shearografia realizada com equipamento da empresa Photonita detectou inclusões em peça plana compósita, porém a interpretação dos resultados obtidos em geometrias mais complexas se mostrou duvidosa. O uso de equipamento shearográfico da empresa Dantec indicou posições em regiões curvas que podem estar associadas à presença de defeitos/danos locais, porém uma confirmação cabal desta relação não foi efetivada. Evidências visuais da profusa presença de danos/defeitos de manufatura, além da existência de detalhes construtivos nas peças compósitas mais complexas, sugerem que estas descontinuidades podem ter sensibilizado, em maior ou menor extensão, os equipamentos END, juntamente com a eventual presença de delaminações/falhas de adesão nas respectivas peças avaliadas. / Several nondestructive methods (Ultrasonics, Radiography, Thermography and Shearography) were employed for inspection of structural polymer matrix composite laminated parts manufactured by aircraft industry. Is has been concluded that conventional pulse-echo contact Ultrasonics was the most comprehensive technique to indicate discontinuities (manufacture damages/defects) in flat and curved parts, although it has failed to detect long and well-defined cracks in co-cured components. Conventional film radiography exhibited good potential as alternative or complementary method to Ultrasonics. Infrared thermography was the fastest technique to indicate discontinuities, so that it is a valuable option for rapid mapping in preliminary inspection followed by the application of complementary techniques. Sherography by means of Photonita equipment detected inclusions in flat panels, but the interpretation of results from pieces with more complex geometries was dubious. A shearographic of the Dantec device indicated positions in curved regions which might possibly be associated to the presence of damages/defects, however this relationship could not be definitively established. Visual evidences of the profuse existence of manufacture damages/defects, besides constructive details in more complex composite parts, suggest that theses discontinuities might have affected to some extent the NDT equipments, along with the eventual presence of delaminations/lack of adhesion on the respective evaluated parts.

Estudou-se o comportamento de desgaste sob deslizamento em múltiplos passes de pinos fixos de liga metálica friccionados contra discos rotativos de laminados compósitos de matriz polimérica fortalecidos com fibras contínuas de carbono (C), para distintas cargas aplicadas e temperaturas de ensaio. Determinou-se a perda de volume por desgaste dos diversos pares tribológicos, e avaliaram-se os principais aspectos das superfícies e dos produtos gerados durante o processo de desgaste. Concluiu-se que o par formado pelo aço inoxidável martensítico PH 15-5 e o laminado compósito termoplástico C-PPS (poli-sulfeto de fenileno) apresentou o menor desgaste na maioria das circunstâncias avaliadas. A liga Ti6Al4V foi a pior opção dentre os pinos metálicos, independentemente do laminado compósito empregado, devido à baixa resistência ao cisalhamento e alta rugosidade superficial do metal, a qual prejudicou o ancoramento de filmes poliméricos de transferência. O ótimo desempenho do aço PH resultou de sua alta dureza e da adequada rugosidade superficial para o efetivo ancoramento do filme de transferência. O laminado compósito C-PPS se mostrou mais susceptível às variações na carga de contato, enquanto que o C-EPX (Epóxi) foi mais sensível à temperatura de ensaio. Filmes poliméricos de transferência atuaram como lubrificante do sistema tribológico, preservando ambos o pino metálico e o disco compósito de um desgaste excessivo. A natureza dos produtos de desgaste, sua geometria, seu tamanho médio e sua distribuição de tamanhos dependeram fortemente do disco rotativo de laminado compósito e das condições de ensaio de desgaste, e afetaram sobremaneira, como terceiro corpo abrasivo, o subseqüente processo de desgaste dos pares de fricção metal-compósito. Os resultados obtidos são potencialmente úteis na especificação de juntas mecânicas aeronáuticas mais apropriadas de laminados compósitos de matriz polimérica unidos por intermédio de prendedores metálicos. / Multipass sliding wear behavior of static metal alloy pins rubbing against rotating carbon fiber reinforcing polymer matrix composite laminate disks has been studied for different applied loads and test temperatures. The volume loss due wear has been determined for several tribological metal / composite systems, and the main aspects of wear surfaces and debris have been evaluated. It has been concluded that the best performance was achieved in very most cases by the PH15-5 steel pin contacting the C-PPS (poly-phenylene sulphide) disk. The Ti6Al4V alloy displayed the worst performance among the metal pins, regardless the employed composite laminate, as a result of the metal´s low shear strength and high surface roughness, which impaired the formation of polymer transfer films. The outstanding performance of PH steel pins derived from its high hardness and proper surface roughness that favored the transfer film formation. The C-PPS composite laminate was more sensitive to contact load variations, whereas the C-EPX laminate was more susceptible to the test temperature. Polymer transfer films acted as lubricant in the tribological system, preserving both the metallic pin and the composite disk from wearing in excess. The nature of wear debris, their geometry, mean size, and size distribution strongly depended on the composite laminate disk as well as on testing conditions, and affected overwhelmingly, as third body abrasive particles, the subsequent wear process of metal / composite friction pairs. The obtained results are potentially useful for the specification of more equalized aircraft mechanical joints comprising polymer matrix composite laminates and metallic fasteners.

O objetivo deste estudo foi avaliar a estabilidade de cor de cimentos resinosos para fixação de restaurações cerâmicas em diferentes espessuras submetidas ao envelhecimento artificial acelerado (EAA). Foram utilizados 60 molares humanos hígidos, cujas porções radiculares foram incluídas em matriz de PVC (15 mm de diâmetro) com resina acrílica e as faces oclusais foram planificadas, 30 em esmalte e 30 até dentina, sendo que 10 dentes de cada substrato foram considerados gruposcontrole para os dentes restaurados. Foram obtidos 40 corpos de prova em cerâmica (IPS e-max Ceram, Ivoclar Vivadent), com 0,5 mm e 1,0 mm, que foram separados aleatoriamente em dois grupos (n=10) segundo o tipo de cimento resinoso dual utilizado para fixação: convencional (Variolink II, Ivoclar/Vivadent) ou auto-adesivo (Rely-X Unicem, 3M ESPE). Além desses, foram obtidos 10 corpos de prova de cada cimento resinoso (0,5mm), considerado grupo-controle para os materiais. Todas as amostras foram mantidas em estufa a 37ºC por 24h, após o qual foram realizadas as leituras de cor iniciais (Vita EasyShade, VITA). Em seguida, foram submetidas ao EAA por 580 horas, após o qual novas leituras de cor foram realizadas. Foi avaliada estabilidade de cor e a luminosidade. Os dados de estabilidade de cor (&Delta;E) e luminosidade (&Delta;L) obtidos foram submetidos a análise estatística (2-way ANOVA, Bonferroni, p<0,05) e a comparação dos materiais com os grupos controles foi realizada utilizando 1-way ANOVA e teste de Tukey (p<0,05). O cimento dual convencional apresentou maior alteração de cor e luminosidade quando sob a restauração de 0,5mm, diferente estatisticamente (p<0,05) de restaurações de 1,0mm. Não houve diferença estatisticamente significante (p>0,05) quando comparados os materiais. Quando analisadas a estabilidade de cor e luminosidade dos grupos com restaurações em relação aos grupos-controle, verificou-se que ambos os cimentos apresentaram maiores alterações, diferente estatisticamente (p<0,05) dos demais grupos, com exceção ao grupo de 0,5mm em relação ao Grupo esmalte quando analisado o cimento dual convencional (p>0,05). Concluiu-se que quanto menor a espessura da restauração, maior a alteração de cor e de luminosidade do cimento dual convencional. As alterações do cimento autoadesivo não dependem da espessura da restauração. / The aim of this study was to evaluate the color stability of resin cements for luting ceramic restorations with different thicknesses submitted to accelerated artificial aging (AAA). Sixty sound human molars had their root portions embedded in PVC rings (15-mm diameter) with acrylic resin. Their occlusal surfaces were flattened according two substrates: 30 surfaces until enamel and 30 until dentin. Then, 10 teeth of each substrate were considered as control groups for restored teeth. Forty specimens of ceramic (IPS e-max Ceram, Ivoclar Vivadent) were obtained with two different thicknesses (0.5 mm and 1.0 mm) and were randomly separated into two groups (n = 10) according to the type of the Dual resin cement used for luting: conventional (Variolink II, Ivoclar / Vivadent) or self-adhesive (Rely-X Unicem, 3M ESPE). Also, 10 specimens (0.5 mm) of each cement were obtained to be considered as control groups for materials. All specimens were stored at 37º C for 24 hours, and initial color readings (Vita Easyshade, VITA) were performed. Then, they were submitted to AAA for 580 hours, and final color readings were taken. Color stability and brightness were evaluated. Data of color stability (&Delta;E) and brightness (&Delta;L) were statistically analyzed (2- way ANOVA, Bonferroni, p<0.05) and the comparison of materials with control groups was performed using one-way ANOVA and Tukeys test (p<0.05). The conventional dual cement showed the greatest change in color and brightness when under restorations of 0.5 mm, statistically different (p<0.05) to restorations of 1.0 mm. There was no statistically significant difference (p>0.05) when comparing materials. When analyzing the color stability and brightness of restorations groups compared to control groups, both cements showed greater changes, statistically different (p<0.05), than other groups, except for the group of 0.5 mm in relation to enamel group when the dual conventional cement was analyzed (p>0.05). It was concluded that the smaller the thickness of the restoration, the greater the color and brightness changes of the dual conventional cement. Changes of the self-adhesive cement do not depend on the thickness of the restoration.

Ao longo de décadas, vários países têm desenvolvido a tecnologia de fabricação de estruturas com reduzida detecção por radar para emprego operacional com a utilização de materiais absorvedores de radiação eletromagnética (MARE). Os MARE possuem características químicas e físicas que favorecem a conversão da energia da onda eletromagnética incidente em energia térmica. O uso adequado de MARE multicamadas confere ao alvo uma redução de sua seção reta radar (RCS) em uma larga banda de freqüências. É necessário, porém, determinar como constituir um MARE multicamadas a partir de camadas simples e aplicar na estrutura do alvo de maneira que se obtenha a maior redução possível. Dentro desse contexto, esta dissertação de mestrado tem como objetivo estudar a aplicação de absorvedores de microondas multicamadas à base de borracha com negro de fumo, caracterizando-os via medidas de permissividade, condutividade, refletividade, transparência e RCS de alvos simples em campo aberto. A permissividade complexa desses absorvedores foi avaliada utilizando-se a técnica de cavidade coaxial, a condutividade via método de quatro pontas e a refletividade e a transparência em guia de ondas. A otimização do melhor arranjo de camadas do absorvedor utilizado foi baseada em um algoritmo desenvolvido nesta tese com base na teoria de pequenas reflexões. A partir desta proposição de arranjo de camadas, validada por medidas de refletividade, o melhor arranjo foi produzido industrialmente e aplicado sobre uma plataforma de combate do Exército Brasileiro. A aplicação foi orientada pelo levantamento dos pontos brilhantes dessa plataforma via trabalho experimental. A RCS desse alvo foi medida antes e depois de se utilizar o MARE para verificar a eficácia do modelo de aplicação, obtendo-se valores de redução de RCS entre 100 e 142%.

A síntese de placas laminadas termicamente enrijecidas sob restrições de flambagem elástica é estudada. O enrijecimento térmico surge em um laminado com rigidez variável ao longo da placa, como por exemplo no caso de sua subdivisão em regiões que diferem entre si quanto à orientação de fibras e espessura de camadas. A síntese estrutural aqui apresentada visa construir este tipo de enrijecimento térmico para aumentar a carga crítica de flambagem dos laminados. Para isto regiões propriamente definidas são controladas por variáveis de projeto associadas às alturas das camadas, de modo que ajustes sucessivos produzidos pela otimização numérica produzam um campo benéfico de tensões residuais térmicas quando o laminado for resfriado da temperatura de cura do material para a sua faixa de temperatura de trabalho. Algoritmos numéricos com base em conceitos de aproximação na otimização estrutural são implementados e testados quanto à eficácia e eficiência em atingir a configuração ótima associada à máxima carga crítica ou mínima massa. As placas são modeladas com o elemento triangular quadrático de seis nós baseado na teoria de placas de primeira ordem, AST6, cuja formulação é revista bem como apresentada a pertinente análise de sensibilidade. É também implementada uma formulação não consistente para a matriz de rigidez geométrica cujo propósito é a análise do problema de carga crítica de flambagem dos laminados usando o elemento AST6.

Este trabalho apresenta a preparação e a caracterização de materiais compósitos híbridos, chamados de Laminados Fibra-Metal (LFM), obtidos pela combinação de pré-impregnados (prepregs) de uso aeronáutico e de lâminas de alumínio adequadamente preparadas para garantir a adesão entre os componentes. Hoje, em nível mundial, a obtenção e o emprego adequado de LFM são temas atuais de estudo na área de materiais para o setor aeronáutico. Como contribuições deste estudo têm-se: (a) a preparação de LFM pela utilização de prepregs em forma tecidos, em substituição aos reforços unidirecionais, obtendo-se o Laminado de Fibra de Vidro Metal (LFVM) e o Laminado de Fibra de Carbono Metal (LFCM); (b) o tratamento superficial da lâmina de alumínio 2024 T3 Bare, pelo uso de um processo de anodização à base de ácido sulfúrico-bórico-oxálico (SBOA), e (c) o estudo do melhor procedimento para proteger regiões de corte e furação dos LMF preparados. O tratamento superficial proposto visa eliminar o Cr(VI) do tratamento convencional de anodização à base de ácido crômico (CAA), classificado como altamente poluente para o meio ambiente, tóxico e carcinogênico. Os LFM preparados pelos dois processos (SBOA e CAA) são avaliados por ensaios mecânicos (resistências à tração, impacto, cisalhamento, compressão e fadiga), de resistência à corrosão e de resistência ao fogo. Os resultados da caracterização dos LFM obtidos com alumínio tratado por SBOA mostram-se equivalentes ou superiores aos obtidos com o tratamento CAA, validando o tratamento alternativo (SBOA) proposto. Finalmente, apresenta-se uma discussão crítica que envolve as vantagens e desvantagens dos LFM processados.

Propõe-se um elemento finito para placas piezelétricas com base no princípio dos deslocamentos virtuais. O elemento é derivado da teoria de placas laminadas na qual o deslocamento mecânico varia ao longo da espessura segundo a hipótese de Reissner-Mindlin e o potencial elétrico varia linearmente no interior de cada camada, com continuidade C0 nas interfaces laminares. O elemento não faz uso de integrações numéricas, não apresenta travamento associado ao cisalhamento transversal e pode ser utilizado como sensor ou atuador. Alguns resultados numéricos são apresentados para demonstrar o desempenho do elemento.

O presente trabalho tem por objetivo contribuir para a redução do peso estrutural de uma aeronave através de estudos sobre a configuração e seleção de materiais da caverna de pressão traseira da fuselagem. Esta aeronave foi motivo de estudo durante a fase de treinamento no Programa de Especialização em Engenharia de responsabilidades do ITA e EMBRAER. O projeto conceitual da aeronave tem como base a família de aeronaves EMBRAER 170/190, sendo, portanto o projeto da caverna de pressão traseira desenvolvido especificamente para estas aeronaves. A metodologia utilizada para o desenvolvimento do projeto da caverna considera a utilização de materiais compósitos na estrutura bem como realiza um estudo sobre a configuração geométrica ótima da caverna visando obter uma maior eficiência estrutural. As configurações analisadas partem de uma caverna de pressão traseira plana, passando por configurações com 40 e 20 graus de ângulo meridional atée a uma configuração similar ao encontrado hoje na família EMBRAER 170/190, de aproximadamente 51 graus. As configurações da caverna foram modeladas através do software CATIA V4 e posteriormente exportadas para o MSC.PATRAN Versão 2001 com o intuito de se realizar as devidas analises. O material selecionado para compor o laminado ée o carbono/epóxi disposto em forma de tecido pré-impregnado de resina. Este material demonstrou ser bastante adequado ao projeto por apresentar altas razões resistência/peso e rigidez/peso e ainda possuir alta resistência à fadiga quando submetido principalmente ao carregamento de tração. Este material atualmente ée largamente utilizado na indústria aeronáutico sendo alvo de diversas pesquisas possuindo dessa forma uma grande variedade de resinas, fibras e arranjos dos mesmos. Dentre as configurações analisadas para a caverna de pressão traseira, a caverna com ângulo meridional de aproximadamente 51 graus revelou ser a melhor escolha em termos de projeto por apresentar o menor nível de tensões e baixos valores de deslocamentos e massa estrutural. Esta configuração permitirá a obtenção de um conjunto caverna/anel de menor massa. A caverna plana demonstrou ser extremamente ineficiente do ponto de vista estrutural, resistindo basicamente aos esforços de pressurização através de flexão, sendo necessária uma maior massa estrutural para obter um nível de tensões e deslocamentos equivalente à configuração de 51 graus de ângulo meridional. As demais configurações demonstraram possuir características intermediárias entre a configuração plana e de 51 graus.