A utilização de compósitos poliméricos estruturais em diferentes setores da indústria moderna aumentou com o passar dos anos. O crescente uso desses materiais no setor aeronáutico deve-se, principalmente, ao constante desafio que esta indústria possui na obtenção de componentes que exibam os maiores valores de resistência mecânica e rigidez específica entre os materiais disponíveis. O processo de fabricação é uma das etapas mais importantes quando se trata da aplicação de materiais compósitos. Com o desenvolvimento de técnicas de fabricação como o RTM - Resin Transfer Molding - os projetistas estão tendo oportunidade de substituir peças forjadas em metal por componentes fabricados em compósitos. Este fato abriu as portas para o desenvolvimento de peças mais espessas em compósitos, como peças de trem de pouso. Neste trabalho, projetou-se uma haste aeronáutica. Iniciou-se com a elaboração de um molde e fabricação de corpos de prova com fibra de vidro pelo processo RTM. Ao mesmo tempo, desenvolveu-se um modelo teórico linear da haste e obteve-se o campo de deformações e tensões para o componente por meio do Método dos Elementos Finitos, utilizando-se o software Hypermesh. Adicionalmente, os corpos de prova fabricados foram inspecionados via ultrassom, para que defeitos como delaminações, porosidades e vazios fossem detectados. Em seguida, foram feitos os ensaios estruturais de tração das peças fabricadas para determinar o campo de deformações e tensões e a carga de falha experimentalmente. Por fim, compararam-se os resultados teóricos e experimentais. A partir do desenvolvimento da haste, pode-se comprovar a viabilidade da fabricação da mesma pelo processo RTM. Além disso, através das inspeções por ultrassom, foi possível verificar que não houve defeitos de fabricação relevantes que pudessem comprometer a integridade estrutural dos corpos de prova. Após os ensaios estruturais, verificou-se que houve pouca dispersão entre os valores de carga de falha para todos os corpos de prova e obteve-se um valor de carga de falha médio igual a 45,2 kN. Todos os corpos de prova falharam segundo uma combinação de bearing e delaminação. Depois de realizadas as comparações entre campo de tensões e deformações teórico e experimental, estimou-se um valor de ovalização dos furos dos corpos de prova igual a 4,8%, que se mostrou compatível com resultados de literatura. Também foi possível avaliar o desvio entre tensão experimental e teórica na região onde foram colados os extensômetros, obtendo-se um valor igual a 18%, que também se mostrou satisfatório. Além disso, determinou-se, por meio da utilização dos resultados do modelo de elementos finitos, um valor para a dimensão característica d0 para o Critério de Tensão no Ponto de Whitney-Nuismer igual a 1,8 mm, que se mostrou consistente. Com isso, foi oferecida uma contribuição técnica no desenvolvimento de componentes pelo método RTM, que se mostraram adequados a aplicações industriais, especialmente à indústria aeronáutica, onde se requer estruturas de alto desempenho mecânico e baixo peso.

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

O propulsor S-30 é utilizado nos veículos de sondagem VSB-30, VS-30 e Sonda III, do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), é alimentado com propelente sólido e possui envelope-motor fabricado em aço SAE 4140. O presente trabalho tem por objetivo analisar a bobinagem filamentar e as proteções térmicas internas e externas de um envelope-motor S-30 em compósito, para poder ser utilizado nos veículos VSB-30 e VS-30 do IAE. O envelope-motor em compósito visa manter as interfaces com partes já qualificadas dos veículos, como porta-empenas, ignitor, tubeira e dispositivos de carregamento de propelente, com o objetivo de substituir o envelope-motor metálico, mantendo as características propulsivas do propulsor S-30. Neste trabalho, foram realizados os dimensionamentos da geometria e das espessuras dos domos e da parte cilíndrica, análises de bobinagem filamentar usando o software CadWind e análises das proteções térmicas internas e externas. Foram realizadas análises para duas configurações: a primeira para um envelope-motor com aberturas polares iguais, por bobinagem helicoidal geodésica isotensoidal, e a segunda para um envelope-motor com aberturas polares diferentes por bobinagem não-geodésica. A conclusão principal baseada nas análises realizadas para as duas configurações estudadas, proporciona um propulsor S-30 bobinado com melhor desempenho que o S-30 com envelope-motor metálico, em razão da sua menor massa, ou seja, proporciona um maior apogeu para uma mesma carga útil ou uma maior carga útil para o mesmo apogeu.

A formulation of a finite element for a composite plate containing distributed piexoelectric layers that can be either bonded to the surface or embedded within the structure, considering the Classical Laminated Plate Theory (CLPT), is presented. Temperatures effects are neglected. The finite element has a rectangular shape with four nodal points, flexural and membrane stiffness, six mechanical degrees of freedom per nodal point (u; v; w; W,x; W,y; W,xy) and one electrical potential degree of freedom per piezoelectric layer ( f ). This element presents continuity C0 in the in-plane displacements, continuity C1 in the transversal displacement and the electric potentials are constants throughout the plane of the piezoelectric layer but varying linearly thru the thickness. Two comparison case studies are presented and the present formulation shows a good agreement with the results available in the literature.

O presente trabalho tem por objetivo analisar o fenômeno de impactos de blindagem composta cerâmica-metal por meio de um modelo analítico unidimensional, onde se procura correlacionar o desempenho balístico com os parâmetros de impacto e com as propriedades físicas dos materiais do alvo e do projétil. O modelo analítico permite acompanhar a perda de massa do projétil e a redução de sua velocidade, além de prever a deformação máxima da base metálica no ponto de impacto. A simplicidade do modelo permite utilizá-lo como ferramenta útil e rápida em projetos de blindagem composta cerâmica-metal, uma vez que as variáveis são facilmente determinadas. A fim de comparar os resultados experimentais com os valores previstos no modelo analítico, foram medidas as deflexões máximas da base metálica dos alvos e massa residual dos fragmentos do projétil, obtendo-se uma boa correlação entre os resultados teóricos e experimentais (1% a 40%). Este trabalho tem ainda a finalidade de investigar a influência do tamanho de grão do material cerâmico sobre o desempenho balístico, permitindo a seleção do material mais adequado para cada aplicação. Para atingir esse objetivo, foram confeccionadas duas cerâmicas com a mesma composição química, porém com diferentes tamanhos de grão, e determinados o módulo de Weibull e a tensão média de resistência. O desempenho balístico foi comparado medindo-se a máxima velocidade do projétil que cada formulação foi capaz de suportar sem sofrer perfuração. Verificou-se que a formulação com maior tamanho de grão apresentou melhor desempenho balístico.

Os materiais absorvedores de radiação, quando atingidos por uma onda eletromagnética, têm a sua estrutura molecular excitada, fazendo com que parte da energia incidente seja convertida em energia térmica. Normalmente, esses absorvedores contêm em suas formulações aditivos como materiais carbonosos, ferritas e polímeros condutores. O presente trabalho estuda o processamento de absorvedores híbridos via colagem de mantas poliméricas, colmeias e espumas, todas impregnadas com ferrita de MnZn e negro de fumo. Esta ferrita foi previamente selecionada por comparação com as ferritas de NiZn e MgZn. A caracterização dos materiais obtidos foi realizada pelo uso dos métodos do arco NRL e de inserção entre antenas, na faixa de 8 a 16 GHz. Os resultados mostram que as diferentes combinações dos aditivos geram materiais com diferentes níveis de atenuação da radiação incidente, sendo que os mais eficientes foram os obtidos como mantas de silicone dopadas com ferrita de MnZn e negro de fumo na proporção de 50/40/10, m/m, respectivamente, atenuando a radiação em torno de -10 dB. Foi verificado, também, que a atenuação da radiação nos absorvedores híbridos é definida pela primeira camada, mostrando que o processamento desses materiais é complexo, necessitando de estudos adicionais para melhorar a adesão entre as diversas camadas e, conseqüentemente, o casamento de impedância entre os diferentes materiais.

O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência de diferentes revestimentos como proteção contra processos de erosão de substratos de resina epóxi reforçados com fibras de vidro e kevlar, utilizados em estruturas aeronáuticas. Dez diferentes revestimentos baseados em chapa de liga de alumínio 2024-O, tintas poliuretano e epóxi cerâmica e um filme incolor de poliuretano, utilizados em diferentes combinações, foram avaliados como proteção contra o processo de erosão, quando submetidos ao jateamento com microesferas de vidro. Neste trabalho foi projetado e construído um dispositivo para os ensaios de erosão. Parâmetros como a forma das partículas das microesferas de vidro, distância, velocidade e ângulo de impacto foram considerados durante os ensaios de erosão. A avaliação dos diferentes revestimentos em estudo foi realizada por medidas de variação de massa e de rugosidade superficial dos corpos-de-prova. Análises por meio de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura também foram realizadas para caracterizar o processo de erosão. Os resultados mostraram que as tintas poliuretano e epóxi cerâmica apresentaram comportamentos similares. Entretanto, a eficiência de ambas as tintas foi aumentada em cerca de cinco vezes após os corpos-de-prova terem sido recobertos com o filme incolor de poliuretano. Os melhores resultados foram obtidos nos revestimentos obtidos na configuração chapa de alumínio 2024-O/tintas de poliuretano ou epóxi cerâmica/ filme incolor de poliuretano, com um aumento na resistência à erosão em torno de 12 vezes.

Os compósitos carbono reforçados com fibras de carbono (CRFC) são materiais resultantes da união do reforço de fibras de carbono com uma matriz carbonosa. Essa combinação faz com que o material tenha propriedades termo-mecânicas para aplicações a altas temperaturas (1000o - 2800oC). Tais materiais têm sido utilizados, nas últimas três décadas, como gargantas de tubeiras de foguetes e freios em aeronaves militares e comerciais, aplicações estas onde as propriedades térmicas e a baixa massa específica (<2,0 g/cm3) são preponderantes. Este trabalho mostra o estudo para o estabelecimento de parâmetros de processamento de compósitos CRFC aplicados na área de elementos de fricção pelo método de prensagem a quente. Foram estabelecidas as condições de obtenção do reforço, um dos pontos críticos na obtenção dos freios, utilizando-se tecido e feltros de fibras de carbono em diferentes arranjos. Os feltros utilizados foram obtidos experimentalmente a partir de feltros de poliacrilonitrila como material precursor. Estes reforços, tecidos e feltros de fibra de carbono, foram impregnados em uma única etapa com resina fenólica resol aditada com grafite e negro de fumo, sendo em seguida carbonizados a 1000oC. As propriedades físicas e mecânica dos materiais obtidos foram correlacionados com os parâmetros de processamento. Os compósitos CRFC obtidos com diferentes arranjos do reforço apresentaram valores de massa específica aparente entre 0,80 e 1,4g/cm3 e a resistência ao cisalhamento interlaminar entre 1,6 e 5,6 MPa, sendo que o arranjo tecido/feltro mostrou-se o mais adequado para possíveis impregnações posteriores, por apresentar maior porcentagem de poros de transporte. As características finais do CRFC obtido são coerentes com um único processo de impregnação utilizando matriz de resina.

As indústrias aeronáuticas cada vez mais utilizam materiais compósitos na estrutura primária das aeronaves, visando a redução do peso e redução no tempo de produção da mesma. A sociedade, representada pelas agências de homologação aeronáutica, exige níveis de segurança crescentes na atividade de transporte aéreo. A complexidade no cálculo das cargas dinâmicas para as diversas condições requeridas pelos regulamentos, devido a utilização de programas de computador capazes de considerar todas as variáveis envolvidas. Este trabalho apresenta uma metodologia para o cálculo da velocidade de instabilidade aeroelástica que utiliza uma formulação de elementos finitos, adequada aos materiais compósitos constituídos de múltiplas camadas ortotrópicas de dupla curvatura. As freqüências de vibração livre e os respectivos modos são determinados a partir da rigidez e da massa dos elementos. As forças aerodinâmicas são determinadas, no regime subsônico, utilizando a teoria do escoamento potencial não estacionário linear, artavés de algoritmos de alta precisão com as mais recentes formulações desenvolvidas. Os resultados numéricos, referentes a asas retangulares planas, São comparados com resultados experimentais. Adicionalmente são apresentados resultados numéricos para as asas retangulares constituída de laminado com orientação arbitrária.

Com o contínuo crescimento de uso dos compósitos poliméricos estruturais na produção industrial de peças aeronáuticas, torna-se imperativo desenvolver técnicas de reparos de danos aplicáveis aos diversos tipos de laminados. O procedimento normalmente utilizado para definir o reparo de compósitos laminados envolve a simulação do dano em corpos-de-prova representativos dos componentes. Este trabalho apresenta a técnica de reparo estrutural, tipo chanfro, de laminados de carbono/epóxi, vidro/epóxi, aramida/epóxi de aplicação aeronáutica, pelo uso de tecido de carbono, aramida e vidro/epóxi. Os laminados de carbono, aramida e vidro/epóxi, sem e com reparos, foram submetidos ao condicionamento ambiental em duas condições diferentes (ambiente: 23 5 oC e 50 5 % de umidade relativa, e úmida: 65 5 oC e 95 5 % de umidade relativa), e os reparos foram realizados com quatro diferentes sobreposições das camadas de tecido (9,0; 12,7; 15,0 e 20,0 mm). Todas as famílias de reparo foram submetidas ao carregamento em tração sob temperaturas ambiente nos dois condicionamentos e elevada (82 oC) para condicionamento úmido, observando-se que os melhores resultados da propriedade mecânica avaliada foram obtidos com a sobreposição de 15,0 mm e para os laminados de fibra de vidro reparados com fibras de vidro. É verificado também que, o condicionamento com umidade e temperatura elevada diminui significativamente a propriedade mecânica de tração dos compósitos reparados, favorecendo a falha por descolamento entre o laminado base e o reparo (falha no adesivo). Os piores resultados de resistência dos reparos são obtidos para os laminados de carbono reparados com fibras de vidro e com sobreposição de 9,0 mm, favorecendo a ruptura na região do adesivo