Orientador: Vicente Lopes Junior / Resumo: Materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados na indústria aeronáutica, devido a inúmeras vantagens que serão apresentadas nesse trabalho. Entretanto, impactos podem comprometer significativamente a estrutura. Tais impactos podem ocorrer a “baixa velocidade”, através de ferramentas derrubadas e contato com veículos/equipe de manutenção, e também a “alta velocidade”, como colisões com aves, raios elétricos, detritos de pneus ou pequenas pedras na pista. Conhecer a ocorrência e localização dos mesmos, assim como o progresso de danos subsequentes, permite realizar inspeções mais focadas e otimizar o custo e eficiência de manutenção. Este trabalho propõe a utilização de transdutores piezelétricos em formato de rosetas piezelétricas para localização de impacto em estruturas de materiais compósitos. As rosetas são compostas de transdutores retangulares de Macro-Fiber Composite (MFC), que apresentam uma resposta altamente diretiva para ondas ultrassonoras, o que foi explorado para determinar a localização da onda emitida, independente da velocidade de propagação da onda na estrutura. A acuracidade do mé- todo foi demonstrada experimentalmente em uma placa de fibra de carbono/ resina epóxi de dimensões 1060 ×1100×2mm, formada de 13 camadas plain-weave com duas rosetas piezelétricas coladas à superfície via adesivo cianoacrilato. Os impactos foram conduzidos utilizando um pequeno martelo com ponta metálica, simulando impactos realísticos sofridos por uma estrutu... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The usage of composite materials has been experiencing a continuous growth in aeronautic industry, due to countless advantages. However, impacts can significantly compromise the structure. These impacts can occur at "low velocity", by tools dropped, contact with maintenance vehicles or personnel and also at "high velocity", by bird/hail strikes, runaway debris from tires os lightnings. Knowing the occurrence and location of the impacts, as well as the progression of any subsequent damage, allows performing focused follow-up inspections, which can optimize maintenance cost and effectiveness. This work proposes using piezoelectric transducers arranged as rosettes to locate impacts on composite materials structures. The rosettes are comprised of rectangular transducers of Macro-Fiber Composite (MFC), which exhibit an highly directive response to ultrasonic waves that will were explored to determine the source of the incoming wave, regardless of the wave velocity. The accuracy of this method is experimentally demonstrated on a 1060x1100x2mm carbon/epoxy plate, formed by 13 plain-weave layers with two piezoelectric rosettes bounded to the surface via cyanoacrylate. The impacts were carried out using a small hammer with hardened steel tip, simulating realistic impacts suffered by an in-service structure. The impact point is determined by the proposed method and compared with the actual location of impact. / Mestre

Orientadora: Maria Odila Hilário Cioffi / Coorientador: Sérgio Roberto Montoro / Banca: Herman Jacobus Cornelis Voorwald / Banca: Carlos Yujiro Shigue / Resumo: O compósito híbrido surgiu com o objetivo de reduzir a quantidade de materiais de elevado custo e, ao mesmo tempo, manter as elevadas propriedades mecânicas. Além disso, viu-se a possibilidade de, em se usando reforços diferentes, obter um novo material que evidenciasse as vantagens dos reforços e diminuísse as desvantagens simultaneamente. Um importante fator durante o processamento de compósitos poliméricos para aplicação estrutural é o controle da formação de vazios, pois estes atuam como concentradores de tensão. O objetivo deste trabalho foi produzir compósitos híbridos utilizando diferentes disposições de tecidos de fibra de vidro e carbono, sem perda significativa de propriedades mecânicas. Para a produção do compósito, a pré-forma foi inicialmente caracterizada quanto à impregnação, sendo, para isto desenvolvido um modelo analítico geral que determina o parâmetro de permeabilidade dos compósitos híbridos. O modelo foi validado através de teste de permeabilidade e a qualidade dos laminados (híbridos, e não híbridos) foi certificada pelo processamento dos compósitos e pela quantificação da fração volumétrica de vazios. Este projeto propôs, ainda, a melhoria da análise de vazios pela técnica de porosimetria de Hg com auxílio do planejamento de experimentos. Assim foi possível determinar a fração volumétrica de poros abertos e fechados, a distribuição do diâmetro dos poros e a distância entre os poros dos compósitos, em uma análise conjunta com as técnicas de digestão ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Hybrid composite arose with the aim of reducing high cost materials and, at the same time, maintaining mechanical properties suitable for use. In addition, using different reinforcements, a new material could be obtained which would evidence the advantages of the reinforcements and decrease the disadvantages simultaneously. An important factor, during the processing of polymeric composites for structural application, is the voids formation control, since they act as stress concentrators. The aim of this work was to produce hybrid composites using different stacking of glass and carbon fabrics without significant loss of mechanical properties. For the composite manuftacturing, the preform was initially characterized as the impregnation, for which a general analytical model was developed that determines the permeability parameter of the hybrid composites. In addition, the model was validated by conducting permeability test and the quality of several laminates (hybrid, and non-hybrid) was certified by processing them, and voids were quantified thereof. This project also proposed the improvement of voids analysis by the Hg porosimetry technique with the support of design of experimental. Therefore, it was possible to determine the volumetric fraction of open and closed voids, pore diameter distribution and the distance between voids, in an ensemble analysis with acid digestion and optical microscopy. Carbon preform presented high flow resistance; on the other hand, an opposite behavior was observed for the glass preform. The hybrid architecture presented a positive hybrid effect, which means a synergy that provided a higher permeability value. Therefore, optimization in injection time can be achieved, considering a combination of balanced glass and carbon fabrics. The analytical model was enabled to predict the flow front behavior by showing ...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Este trabalho é uma contribuição para o conhecimento de metodologias de projeto de estruturas de material composto, aplicando métodos de otimização estrutural a cascas laminadas e apresentando uma estratégia em dois níveis. No primeiro nível é realizada a minimização da flexibilidade da estrutura, tendo como variável de projeto a orientação de cada lâmina da estrutura. Utiliza-se Programação Linear Seqüencial (SLP) e direção de tensão principal para otimização da orientação. No segundo nível minimiza-se o volume de cada lâmina, usando a flexibilidade total da estrutura como restrição e a densidade relativa como variável de projeto, também através de SLP. Para evitar aparecimento de áreas com densidades intermediárias, utiliza-se um Método de Continuação, dividindo o nível de otimização topológica em duas ou mais etapas. As formulações desenvolvidas permitem a solução de problemas com múltiplos casos de carregamento. Para a solução da equação de equilíbrio de casca laminada, utiliza-se um elemento finito de casca degenerado de oito nós com integração explícita na direção da espessura. A implementação desse elemento é feita de modo a facilitar a obtenção das derivadas da matriz de rigidez, necessárias na linearização das funções objetivo e restrições. Evita-se assim o uso de derivadas numéricas. Resultados para vários tipos de estrutura são apresentados, incluindo comparações entre diferentes carregamentos, condições de contorno, número de lâminas, espessuras, etc. As soluções obtidas, formas de análise e possíveis aplicações são discutidas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Fderal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-24T17:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266454.pdf: 7886509 bytes, checksum: e7e8fd092484a7f5e052337ae09ecdba (MD5) / A preocupação mundial da sociedade moderna em diminuir o impacto ambiental e encontrar soluções para o esgotamento de recursos naturais não renováveis vem incentivando a pesquisa e desenvolvimento de materiais sustentáveis. As fibras naturais inserem-se nesse contexto como uma alternativa para a fabricação de materiais compósitos. Este trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência das diferentes formas de tratamento de superfície em fibras de juta no desempenho mecânico de materiais compósitos com matriz de resina epóxi. As fibras foram modificadas superficialmente a partir de solução de hidróxido de sódio e hidróxido de sódio seguido por agente silano, e caracterizadas por microscopia eletrônica e ótica, espectrometria no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), resistência à tração e densidade. A partir dos espectros de FTIR das fibras tratadas e não tratadas, foi possível observar modificações em sua estrutura química. Os resultados de resistência à tração e microscopia eletrônica mostraram manutenção da propriedade mecânica e aumento da rugosidade das fibras tratadas, respectivamente. As amostras dos compósitos foram confeccionadas a partir da moldagem por laminação e seccionadas conforme normas para ensaios de resistência à tração, flexão e termodinâmico-mecânico. Observou-se que o tratamento de superfície de alcalinização das fibras exerceu uma influência positiva na resistência à tração e no módulo elástico. Para as propriedades de flexão, houve conservação dos valores de tensão de ruptura e alto ganho no módulo elástico. O tratamento alcalino realizado nas fibras também indicou, nas análises termodinâmico-mecânicas, maior interação fibra/matriz, onde os compósitos mostraram acréscimo do módulo de armazenamento e decréscimo do amortecimento, em relação à resina epóxi. Também foi constatado decréscimo nos valores da Tg para compósitos em relação à resina pura. Por fim, a análise fractográfica de corpos-de-prova advindos do ensaio de tração indicou uma melhor adesão interfacial e menor quantidade de pull-out nos compósitos com fibras tratadas via NaOH e com agente silano, indicando a eficácia do tratamento de superfície. The worldwide concern of modern society to decrease the environmental impact and find solutions to the depletion of non renewable natural resources is encouraging research and development of sustainable materials. Natural fibers fall within this context as an alternative for the production of composite materials. This study aimed at evaluate the efficiency of different forms of surface treatment on the mechanical performance of composite materials with jute fibers and epoxy matrix resin. The fibers were modified by sodium hydroxide and silane agent, and characterized by SEM, optic microscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), tensile strength and density. From the FTIR spectra of the treated and untreated fibers, it was possible to observe changes in their chemical structure. The tensile test and SEM results showed maintenance of the mechanical properties and increasing of the roughness of the treated fibers, respectively. Composites samples were prepared from hand lay-up technique and cut as standards for tensile, bending and thermodynamic-mechanical tests. It was observed that the alkaline treatment had a positive influence on the tensile strength and elastic modulus. For the properties of bending, there was preservation of the values of voltage collapse and high gain in the elastic modulus. The alkaline treatment conducted in fibers also indicated in thermodynamic-mechanical analysis, more interaction fiber / matrix, where the composites have increased the storage modulus and decrease in damping in relation to the epoxy resin. It was also noticed decrease in the values of Tg for composites in relation to the pure resin. Finally, the SEM study of treated and untreated jute fibers composites indicated a better interfacial adhesion and less pull-out in composites with NaOH and silane agent treated fibers, indicating the effectiveness of surface treatment.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T21:36:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 291138.pdf: 5574443 bytes, checksum: d9a4665c93906c67fe4ca08b67cb339f (MD5) / Materiais com poros interconectados são comumente usados em diversas aplicações de filtragem, como, por exemplo, purificação de água, filtração de metais fundidos e filtração de gases quentes. Se por um lado, os filtros devem conter uma estrutura de elevada porosidade aberta; em contrapartida, esses materiais devem apresentar resistência mecânica suficiente para suportar a queda de pressão durante o processo de filtração. O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade de produção de tubos porosos, em compósitos de matriz cerâmica e metálica reforçados por fibras, via extrusão termoplástica de pós, para aplicação em processos de filtração. A extrusão termoplástica é um processo contínuo, capaz de promover um alto nível de alinhamento de fibras na direção de extrusão, sem que haja excessiva fratura de fibras durante o processamento. Pós de alumina e superliga de níquel foram selecionados para formar a matriz dos compósitos de matriz cerâmica e metálica, respectivamente. Fibras curtas de alumina foram utilizadas como reforço. Como componentes do sistema ligante foram utilizados polietileno de baixa densidade (LDPE), parafina (PW) e ácido esteárico (SA). Diferentes proporções entre LDPE-PW-SA foram estudadas a fim de desenvolver um sistema ligante apropriado ao processo. A evolução da viscosidade da mistura em função do teor de sólidos foi estudada e comparada a diversos modelos de viscosidade. Após o desenvolvimento do feedstock de extrusão, 30 % em volume de fibras foram adicionadas a mistura. Tubos com 4,5 a 10,0 mm de diâmetro, com 0,6 e 1,0 mm de espessura foram então extrudados com sucesso, após sucessivas etapas de ajuste dos parâmetros de extrusão. Análises microscópicas confirmaram o alinhamento satisfatório das fibras. Finalmente, após a sinterização dos tubos a 1300 ºC durante 60 minutos, meso e macroporosidades foram identificadas através de análises porosimétricas por intrusão de mercúrio, totalizando um volume de poros de, aproximadamente, 41 e 36 % nos tubos de matriz cerâmica e metálica, respectivamente. O nível de porosidade, bem como o tamanho médio de poros, foi considerado adequado à aplicação em certos processos de filtração, em especial a filtração de gases quentes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:55:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2013-07-16T19:54:57Z : No. of bitstreams: 1 226928.pdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Hoje em dia muitas estruturas encontram-se estruturalmente comprometidas,

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2007 / Made available in DSpace on 2012-10-23T05:15:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 268889.pdf: 960551 bytes, checksum: aa9ab9415706108ff883393acc5f136d (MD5) / O presente trabalho teve como principal objetivo a síntese e a caracterização do compósito de poliestireno (PS)/Grafite produzido através do processo de polimerização em suspensão do estireno, visando a obtenção de um material com propriedades diferenciadas. Para que isso fosse possível, realizou-se inicialmente, a caracterização da carga (grafite) incorporada ao polímero por espectroscopia de infravermelho (FTIR), espectroscopia fotoeletrônica de raios X (XPS ou ESCA), adsorção de nitrogênio, composição química (método de Boehm), difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Simultaneamente, investigou-se o efeito da incorporação de diferentes percentuais de grafite sobre a cinética da reação, assim como sobre a distribuição de tamanho de partícula (DTP). Também foi analisada a influência da química superficial e do tipo de iniciador sobre a cinética da reação de polimerização. Adicionalmente, as características do produto final tais como, massa molar, estabilidade térmica, percentual de grafite incorporado também foram investigadas. Os resultados obtidos para a composição química, FTIR e XPS revelaram a presença dos grupos funcionais oxigenados na superfície da carga. Observou-se para as reações com peróxido de benzoíla (BPO) que aumento da concentração de grafite no meio reacional provocou a redução da taxa de polimerização e o deslocamento da DTP para a região de maiores diâmetros. Verificou-se ainda que a alteração da química superficial do material resultou no aumento da taxa de reação, devido à redução na concentração de grupos funcionais carboxílicos. Para as reações com iniciador bifuncional L256 nenhuma modificação na cinética da reação foi verificada. Para o sistema PS/Grafite/BPO a massa molar média ponderal ( ) ficou em torno de 130.000 g/gmol, a qual foi superior à determinada para o PS convencional, sendo que para o iniciador L256, não apresentou alteração em seu valor. Com relação, ao percentual de grafite incorporado pode-se observar uma incorporação de 63% para a reação com BPO contra 33% para a reação com L256. Paralelamente, observou-se que a adição de grafite a matriz de PS levou ao aumento da estabilidade térmica do polímero. Em relação, ao processo de polimerização em suspensão, foi possível concluir que o mesmo pode ser utilizado como rota alternativa para a obtenção do compósito de poliestireno/grafite.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T13:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266462.pdf: 1655592 bytes, checksum: 3a4e41ec23555055460460824ddb75aa (MD5) / Este trabalho visa o desenvolvimento de modelos matemáticos e numéricos a fim de simular o comportamento de materiais compostos e piezelétricos. A teoria de primeira ordem para estruturas laminadas é empregada na formulação de um modelo contínuo, sendo este discretizado utilizando o método dos elementos finitos. A validação do modelo numérico é efetuada através de comparações com soluções analíticas, com modelos computacionais elaborados no software comercial ANSYS® e com outros trabalhos. A aplicação proposta contempla o problema de uma placa compósita engastada por um de seus lados com lâminas de material piezelétrico aderidas às superfícies, agindo como sensor e atuador. Uma análise da dinâmica da estrutura sob ação de força mecânica externa concentrada é considerada e os resultados são utilizados no desenvolvimento de uma estratégia de controle que objetiva a redução dos níveis de vibração no sistema.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T19:03:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255276.pdf: 2869637 bytes, checksum: d93629b99f32d424408cfa2602c20037 (MD5) / Na atualidade, as empresas de veículos tentam oferecer maior conforto aos passageiros. O ruído e as vibrações provenientes do motor e da suspensão, entre outros, fazem com que o conforto acústico no interior da cabine de passageiros seja pobre. Assim, as características vibroacústicas de diferentes peças e da estrutura do carro devem ser aprimoradas para conseguir controlar o ruído e vibrações indesejados. Em virtude se suas vibrações, as chapas, tais como a placa do piso, teto e placa cortafogo, entre outras, podem se transformar em importantes fontes de ruído. Particularmente, a placa cortafogo, que é aquela que separa o compartimento do motor da cabine de passageiros, tem uma função importante, pois ela é atingida pelas vibrações do motor, gerando ruído. E, além disso, ela atua como barreira do ruído do motor propagando-se pelo ar. Existem diferentes técnicas de controle de amortecimento passivo em placas de carros. Geralmente em todas elas é adicionada uma camada de material de amortecimento, através de mantas asfálticas, spray e uso de materiais compostos laminados. Esta última técnica é talvez a favorita por muitos fabricantes de placas de carro, pois é possível conseguir resultados iguais ou superiores que outras técnicas, mas com pouca adição de massa e aumentando consideravelmente o amortecimento estrutural. No presente trabalho, se pretende fazer uma comparação experimental e simulações numéricas em elementos finitos, do comportamento vibroacústico de duas placas cortafogo semelhantes, porém uma feita com aço normal e a outra com material composto laminado, também conhecido como "Quiet Steel".

Tese (Doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais / Made available in DSpace on 2012-10-24T03:05:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261822.pdf: 6652764 bytes, checksum: 355bdfcac388b0b18f82775e8465066a (MD5) / O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de compósitos autolubrificantes de níquel utilizando lubrificante sólido como 2ª fase. O trabalho foi dividido em 4 etapas. Na primeira etapa foi realizada o desenvolvimento de ligas de níquel sinterizadas utilizando Cr, Al, Si, P, W, Fe e C como elementos de liga, com objetivo de obter uma liga para matriz de material compósito. Foram avaliadas a microestrutura, dureza e resistência obtidas. Pós de materiais contendo os elementos de liga na forma de portadores foram previamente misturados com pós de níquel carbonila. Os melhores resultados foram obtidos quando elementos na forma de portadores de liga (ferro-ligas) de Fe-Cr e Fe-P foram utilizados, alcançando-se dureza de 400 HV e microestrutura com elevada densidade relativa (94%) para uma liga de composição Ni-Fe-Cr-P. A liga de composição Ni-Fe-Cr-Si apresentou dureza de aproximadamente 450 HV, elevada densidade relativa, porém, sem dissolução total do portador de liga Fe-Si nas condições de processamento. Em uma segunda etapa foi realizado o estudo da sinterabilidade/compatibilidade termodinâmica entre a matriz da liga de níquel e aditivos de lubrificantes sólidos (Dissulfeto de molibdênio, Grafite e Nitreto de Boro Hexagonal). Os resultados demonstraram uma estabilidade termodinâmica durante sinterização para os compósitos contendo as fases de Grafite e Nitreto de Boro Hexagonal. A presença da fase de Dissulfeto de Molibdênio possibilita a reação com matriz e formação de fase líquida de Sulfeto de Níquel e solubilização do molibdênio na matriz. Em uma terceira etapa, foram desenvolvidos compósitos contendo Nitreto de Boro e Grafite, como fase lubrificante, até percentuais de 30% v/v para o lubrificante sólido h-BN. A dureza, a porosidade residual e a microestrutura foram comprometidas quando quantidades maiores de lubrificante sólido estavam presentes na matriz, principalmente em concentrações superiores a 10% v/v. O coeficiente de atrito para os compósitos contendo Nitreto de Boro Hexagonal (10% v/v) foram de aproximadamente 0,7, e para os compósitos contendo a fase de grafite (1% v/v), foi abaixo de 0,1. Os resultados sugerem não adicionar teores maiores que 10% v/v de partículas de lubrificante sólido, para não comprometer as propriedades mecânicas do compósito. Em uma quarta etapa, foi estudado o comportamento da liga de níquel (matriz) e do compósito via moldagem de pós por injeção. Os resultados demonstraram a necessidade de maior quantidade de matéria orgânica para o desenvolvimento da massa de injeção (feedstock: 15% m/m de polímero) para os tipos de pós metálicos utilizados (níquel carbonila do tipo INCO 123) se comparado ao feedstock de ligas comerciais que normalmente utilizam uma quantidade menor de matéria orgânica (feedstock: 9% m/m de polímero). A maior quantidade de matéria orgânica resultou na retenção de carbono durante o processo de extração de ligantes, o que levou à necessidade da otimização do ciclo de extração térmica e sinterização. Ciclos mais lentos e a baixa temperatura promoveram a total retirada dos ligantes. A liga injetada apresentou contração de aproximadamente 50%, além de teor elevado de poros quando comparado ao material compactado, o que influenciou também na dureza aparente do material. Em seguida, foram realizados ensaios preliminares com compósitos de níquel/lubrificante sólido por injeção, variando-se o teor da fase lubrificante de 2,5 até 10% v/v de Nitreto de Boro Hexagonal, Grafite e mistura de ambos. Em função da maior quantidade de porosidade nos injetados, pouco pôde-se avaliar em relação as propriedades mecânicas. Os compósitos com fase de lubrificante sólido de grafite apresentaram melhor microestrutura, com maior grau de continuidade da matriz metálica quando comparado aos compósitos contendo como fase de lubrificante sólido o Nitreto de Boro Hexagonal.