Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2002

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado no INEGI e orientado pelo Eng.º P. J. R. O. Nóvoa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Tese de mestrado. Reabilitação do património Edificado. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Faculdade de Ciências e Tecnologia. Universidade Nova de Lisboa. 2007

Laminados compósitos com matrizes poliméricas, respectivamente termorrígida e termoplástica, reforçadas com fibras contínuas de carbono foram submetidos a impacto único transversal com diferentes níveis de energia. Os danos imprimidos aos materiais estruturais foram avaliados por termografia ativa infravermelha na modalidade transmissão. Em geral, os termogramas do laminado termoplástico apresentaram indicações mais claras e bem definidas dos danos causados por impacto, se comparados aos do compósito termorrígido. O aquecimento convectivo das amostras por fluxo controlado de ar se mostrou mais eficaz que o realizado por irradiação, empregando-se lâmpadas incadecentes. Observou-se também que tempos mais longos de aquecimento favoreceram a visualização dos danos. O posicionamento da face impactada do espécime, relativamente à câmera infravermelha e à fonte de calor, não afetou a qualidade dos termogramas no caso do laminado termorrígido, enquanto que influenciou significativamente os termogramas do compósito termoplástico. Os resultados permitiram concluir que a termografia infravermelha é um método de ensaio não-destrutivo simples, robusto e confiável para a detecção de danos por impacto inferior à 5 Joules em laminados compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono. / Continuous carbon fiber-reinforced thermosetting and thermoplastic composite laminates were exposed to single transversal impact with different energy levels. The damages marked to the structural materials were evaluated by active infrared thermography in transmission mode. In general, the thermoplastic laminate thermograms showed more clear and delineated damage indications when compared to the ones from thermosetting composite. The convective heating of the samples by controlled hot air flow was more efficient than via irradiation using lamp. It was also observed that longer heating times improved the damage visualization. The positioning of the specimen´s impacted face regarding the infrared camera and the heating source did not affect the thermo-imaging of thermosetting specimens, whereas it substantially influenced the thermograms of thermoplastic laminates. The results allow concluding that infrared thermography is a simple, robust and trustworthy methodology for detecting impact damages as light as 5 Joules in carbon fiber composite laminates.

Laminados compósitos com matrizes poliméricas, respectivamente termorrígida e termoplástica, reforçadas com fibras contínuas de carbono foram submetidos a impacto único transversal com diferentes níveis de energia. Os danos imprimidos aos materiais estruturais foram avaliados por termografia ativa infravermelha na modalidade transmissão. Em geral, os termogramas do laminado termoplástico apresentaram indicações mais claras e bem definidas dos danos causados por impacto, se comparados aos do compósito termorrígido. O aquecimento convectivo das amostras por fluxo controlado de ar se mostrou mais eficaz que o realizado por irradiação, empregando-se lâmpadas incadecentes. Observou-se também que tempos mais longos de aquecimento favoreceram a visualização dos danos. O posicionamento da face impactada do espécime, relativamente à câmera infravermelha e à fonte de calor, não afetou a qualidade dos termogramas no caso do laminado termorrígido, enquanto que influenciou significativamente os termogramas do compósito termoplástico. Os resultados permitiram concluir que a termografia infravermelha é um método de ensaio não-destrutivo simples, robusto e confiável para a detecção de danos por impacto inferior à 5 Joules em laminados compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono. / Continuous carbon fiber-reinforced thermosetting and thermoplastic composite laminates were exposed to single transversal impact with different energy levels. The damages marked to the structural materials were evaluated by active infrared thermography in transmission mode. In general, the thermoplastic laminate thermograms showed more clear and delineated damage indications when compared to the ones from thermosetting composite. The convective heating of the samples by controlled hot air flow was more efficient than via irradiation using lamp. It was also observed that longer heating times improved the damage visualization. The positioning of the specimen´s impacted face regarding the infrared camera and the heating source did not affect the thermo-imaging of thermosetting specimens, whereas it substantially influenced the thermograms of thermoplastic laminates. The results allow concluding that infrared thermography is a simple, robust and trustworthy methodology for detecting impact damages as light as 5 Joules in carbon fiber composite laminates.

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.

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.