Quando peças aeronáuticas são danificadas, muitas vezes é mais econômico repará-las do que substituí-las. No intuito de analisar o efeito de discrepâncias na posição nominal de orifícios em juntas mecânicas de compósitos laminados, este trabalho compara duas técnicas de reparo estrutural, sendo elas denominadas reparo convencional e reparo por spot-face, com o objetivo de restaurar as propriedades mecânicas de modo a não refugar a peça. O método convencional usa tecido seco picado na região interna do orifício, com o acréscimo de uma camada de material pré-impregnado em cada lado do laminado. Esta técnica é largamente utilizada em função de sua eficiência na restauração das propriedades mecânicas. O método spot-face consiste em preencher a região do orifício com um empilhamento de camadas de nivelamento, seguida de camadas de reparo de material pré-impregnado. A resina adesiva é responsável pela colagem desta estrutura no orifício da peça. Esta técnica é mais simples e mais rápida do que o reparo convencional. Este trabalho compara a resistência de juntas reparadas pelos dois processos. O ensaio de bearing foi o escolhido para avaliar a resistência mecânica dos orifícios de juntas de compósitos reparados. Os corpos-de-prova foram fabricados com materiais pré-impregnados de carbono e fibra de vidro e resina epóxi com orifício de diâmetro 3/16"(5,1mm). O uso da técnica spot-face nos reparos em peças de carbono não leva a uma perda considerável das propriedades mecânicas. Por se uma técnica mais rápida do que a convencional, o seu uso reduz consideravelmente o tempo gasto comparado ao reparo convencional. Quanto ao uso do método spot-face em peças reparadas com fibra de vidro, é necessário um critério mais rigoroso para sua utilização, já que ocorre uma queda média de resistência a bearing em relação à técnica convencional de 12,7%.

O presente estudo foi desenvolvido com tratamentos térmicos de um aço de Alta Resistência e Baixa Liga - ARBL, contendo 0,11%C e outros elementos como Mn, Si, somando-se a adição de Nb como microligante. Os tratamentos térmicos contemplaram diversos roteiros de aquecimento e resfriamento, com austenitização plena e intercrítica. Os corpos-de-prova foram submetidos a ensaios de tração, dureza, fadiga e metalografia com microscopia óptica. Dessa forma puderam ser associadas propriedades mecânicas e textura do material, correlacionando-as com os tratamentos térmicos. O trabalho divide-se em duas etapas denominadas exploratória e direcionada. A etapa exploratória destinou-se a ampla avaliação da gama de propriedades que o aço poderia oferecer, e servir de base para uma etapa complementar denominada direcionada. A etapa direcionada utilizou-se como referência dos roteiros de tratamentos térmicos da etapa exploratória que resultaram em propriedades mecânicas de maior significância, reproduzindo tais tratamentos em parte, porém com alterações que apontavam no sentido de incrementar a resistência mecânica do aço. Todos os tratamentos térmicos envolveram têmpera do aço, porém devido ao baixo teor de carbono, fases como ferrita e carbetos compartilharam estruturas polifásicas com a martensita. A ocorrência de ferrita, perlita, bainita e martensita em diversos roteiros, caracterizam a microestrutura como multifásica. Apesar da ocorrência de martensita em ilhas, é na condição de martensita dispersa que foram obtidos os mais elevados valores de resistência mecânica, majorando-se em até cerca de 90% o limite de resistência médio previsto pelo fabricante, na condição de fornecimento.

Para a indústria aeronáutica, os materiais compósitos são considerados materiais estratégicos, pois permitem redução de peso estrutural da aeronave mantendo desempenho mecânico exigido para suportar as diversas situações de carregamento mecânico. Porém, as estruturas fabricadas em materiais compósitos estão sujeitas a uma série de defeitos capazes de reduzir o desempenho mecânico da estrutura, dentre eles a porosidade. Portanto, torna-se necessário adotar técnicas de avaliação para certificar a qualidade da estrutura e de ferramentas que permitam avaliar qualitativa e quantitativamente os limites aceitáveis de defeitos. O principal objetivo do presente trabalho é avaliar os efeitos da porosidade na resistência ao cisalhamento e nas propriedades dinâmicas de compósitos de fibra de carbono/resina epóxi. Compósitos com diferentes níveis de porosidade foram obtidos através do processo de laminação manual e cura em autoclave, variando-se a pressão de cura. O nível de porosidade dos compósitos foi medido pela técnica de ultra-som. A influência do nível de porosidade nas propriedades dos compósitos foi medida por meio de ensaios destrutivos e não destrutivos. O método não destrutivo envolveu a medida da resistência ao cisalhamento dos compósitos, onde foram utilizados dois métodos de ensaio, Interlaminar e Iosipescu. Os resultados foram analisados através de correlação entre o coeficiente de atenuação e a resistência ao cisalhamento utilizando o critério de falha de Mar-Lin modificado. O método não-destrutivo envolveu a avaliação de propriedades dinâmico-mecânicas. As propriedades dinâmicas foram determinadas através do ensaio de vibração livre amortecida de vigas (sistema engastado-livre) com as diferentes frações volumétricas de vazios para avaliação dos efeitos da porosidade no módulo dinâmico e do amortecimento. Os resultados mostraram que a porosidade não afeta significativamente o módulo dinâmico, porém influi no amortecimento, podendo ser este um parâmetro para monitoramento do nível de porosidade de compósitos, ainda que seja um parâmetro dependente da configuração do compósito.

Tensões residuais provenientes da fabricação estão sempre presentes em laminados de material compósito polimérico afetando adversamente a resistência e o comportamento elástico de tal tipo de estrutura. Ao invés dos efeitos deletérios, as tensões residuais podem ser intencionalmente introduzidas para melhorar a resposta estrutural. No entanto, a implementação prática deste conceito depende fortemente da determinação precisa da magnitude do campo de tensões residuais no laminado. O estudo da variação da curvatura de laminados não-simétricos em função da temperatura permite a determinação indireta das tensões residuais e a caracterização do comportamento termomecânico do material. No presente trabalho, um método experimental baseado no uso de uma câmara fotográfica digital, técnicas de processamento de imagens, e uma câmara de ensaios climáticos é proposto para realizar tais estudos. O método é utilizado em experimentos restritos a um intervalo onde os efeitos da temperatura nas propriedades do material podem ser negligenciados. Os dados experimentais obtidos são usados para o ajuste de resultados de simulação provenientes de modelos elásticos onde fatores com alto grau de incerteza e de difícil determinação, como as variações das propriedades do material com tempo, temperatura e umidade, além da falta de homogeneidade do laminado, não são considerados. O uso do ponto onde a curva curvatura-temperatura ajustada cruza o eixo da temperatura como base para um procedimento que permita uma determinação mais precisa das tensões residuais é apresentado e discutido. Como contribuição, o trabalho demonstra a eficácia do método de medida por processamento digital de imagens, descreve um procedimento experimental para caracterização do comportamento termomecânico de laminados em material compósito, apresenta um tratamento para a determinação precisa das tensões residuais em laminados não-simétricos e discute a aplicação do método de medida como uma ferramenta para a avaliação das tensões residuais em laminados simétricos.

Compósitos de matriz polimérica reforçados com fibra de boro, de vidro, de aramida e de carbono estão sendo progressivamente empregados em aeronaves, mísseis e veículos espaciais com o intuito de reduzir massa e aumentar a estabilidade dimensional destas peças em diferentes faixas de temperatura e resistência ao impacto. Há uma crescente necessidade em aplicações civis e militares para materiais compósitos os quais tem características estruturais excelentes, aliada à boa resistência à penetração e alongamento após impacto. Este trabalho teve por finalidade mostrar quais são os principais materiais compósitos, aplicados em painéis balísticos, as principais técnicas de processamento e avaliar sua resistência ao impacto. Um exemplo prático de aplicação foi estudado analisando propriedades balísticas e de resistência à penetração de painéis utilizados para blindagem da porta de acesso à cabine dos pilotos de aeronaves de passageiros. Além do requisito balístico a porta tem a menor massa possível, pois se utilizou materiais compósitos de ultima geração como painel balístico laminado e autoclavado apresentando alta elongação e alto teor de fibras. Foi demonstrado quais materiais, processos de fabricação e ensaios foram utilizados para confecção do modelo de porta reforçada que hoje está em produção e equipando aeronaves comerciais nos quatro cantos do mundo.

Quando materiais compósitos são fabricados a altas temperaturas e posteriormente resfriados à temperatura ambiente, aparecem nos materiais tensões residuais térmicas. Este estado de tensões sempre persiste no material e pode influenciar significativamente nas propriedades elásticas e de resistência da estrutura. O presente trabalho tem como objetivo avaliar de forma experimental o efeito das tensões residuais térmicas nas propriedades elásticas de laminados simétricos reforçados. A pesquisa é focada na análise de placas quadradas de carbono/epóxi nas quais foram colados de forma simétrica reforçadores com diferentes geometrias (em forma de quadro, longitudinal e diagonal). Estes reforços foram colados seguindo duas metodologias diferentes. A primeira metodologia consistiu em colar os reforçadores nas placas à temperatura ambiente. A segunda metodologia consistiu em co-curar os reforçadores à temperatura de 177oC (cura). O trabalho experimental baseou-se na realização de ensaios de flexibilidade, vibração livre e flambagem. Para os ensaios de flexibilidade foi aplicada a técnica de topogrametria, a qual permite determinar com exatidão o valor dos deslocamentos fora do plano quando uma força estática transversal é aplicada. Nos ensaios de vibração livre, foram determinadas as freqüências naturais de vibração mediante o uso de um analisador de sinais dinâmicos. Já os testes de flambagem e pós-flambagem foram realizados aplicando uma força de compressão utilizando uma máquina universal de ensaios INSTRON. Os deslocamentos transversais produzidos pela aplicação do carregamento foram obtidos com auxílio da topogrametria. Todos os resultados experimentais foram comparados com resultados numéricos obtidos com auxílio do software comercial ABAQUS. Os resultados comprovam a influência das tensões térmicas residuais nas propriedades elásticas estudadas, assim como a influência da geometria do reforço utilizado na fabricação das placas.

O presente trabalho apresenta um estudo comparativo, de natureza quantitativa, entre os métodos aproximados de previsão dos estados de tensão e deformação locais propostos por Neuber, Glinka e Hardrath. Será verificada a aplicabilidade dos métodos para diferentes tipos de descontinuidade e níveis de carregamento aplicados. Os valores de referência adotados durante o trabalho serão fornecidos pelo método dos elementos finitos.

Os estudos tribológicos buscam por soluções que melhorem o desempenho de produtos e processos. Atualmente a pesquisa por novos materiais que apresentem baixo atrito, baixo desgaste e baixo consumo de energia. Assim, de acordo com essa necessidade, esta tese apresenta uma metodologia para estudo de materiais carbonosos diferentes para aplicações industriais e tecnológicas. Dessa forma, diferentes materiais de carbono com propriedades promissoras para aplicações como lubrificantes sólidos e proteção contra desgaste foram estudados com o objetivo de conhecer melhor suas tribopropriedades. Para isso, foi estudada a relação entre a estrutura do material e seu comportamento tribológico. Os estudos tribológicos também foram utilizados para analisar a uniformidade e a as propriedades tribológicas de filmes de DLC crescidos dentro de tubos de aço para melhorar as propriedades do tubo para aplicação na extração e petróleo. Mapas do comportamento tribológico dos filmes de DLC foram utilizados para analisar o coeficiente de atrito, a taxa de desgaste e o volume perdido como função da força normal aplicada e da velocidade de deslizamento. Os resultados mostraram o potencial do filme de DLC para aplicação terrestre e espacial.

Nesta pesquisa foi avaliado o efeito que diferentes tipos de usina podem ter na resistência à fadiga de concretos asfálticos. Para tanto foram escolhidas, aleatoriamente, três usinas gravimétricas e três usinas volumétricas. A mistura asfáltica foi produzida seguindo os procedimentos usuais empregados pelas usinas, sem qualquer orientação externa, que mudasse a rotina de produção. Logo, buscou-se elucidar o efeito da oxidação devido à usinagem na vida de fadiga e foi avaliado se o "check - list" usualmente empregado para liberação de usina é suficiente para garantir a produção de mistura de boa qualidade. Os resultados dos ensaios de resistência à fadiga indicam que as misturas asfálticas produzidas em usinas volumétricas, exceto as de fluxo paralelo, podem apresentar comportamento semelhante ao das usinas gravimétricas, desde que o método de trabalho empregado siga as orientações técnicas operacionais adequadas, com equipe motivada e treinada. Foi observado também que o tipo de ligante tem influência, com o asfalto borracha mostrando maior resistência à oxidação de usinagem. As usinas volumétricas com misturador externo oxidam muito pouco o ligante, mesmo para o cimento asfáltico de petróleo comum.

A Modelagem por Fusão e Deposição (FDM - Fused Deposition Modeling) é uma técnica de manufatura aditiva que consiste na fabricação de componentes a partir de um modelo CAD 3D, pela adição de material, camada por camada. A possibilidade de fabricação de formas complexas sem a necessidade de ferramental expandiu as oportunidades de emprego deste processo em diversas áreas, como aeroespacial, médica, automobilística e bens de consumo. Entretanto, muitas das possíveis aplicações precisam ser analisadas, definindo-se os limites mecânicos dos materiais disponíveis em cada área de aplicação. Desta forma, este trabalho teve o objetivo de analisar a resistência mecânica de componentes com parâmetros de construção variados, fabricados pelo processo de Modelagem por Fusão e Deposição. Três fatores foram analisados, utilizando um planejamento fatorial 23: orientação de deposição, largura do filamento de preenchimento e espaçamento entre filamentos adjacentes. Estes corpos de prova foram submetidos a ensaios de tração. Os resultados foram analisados em termos do comportamento mecânico, por meio da tensão máxima suportada e do alongamento apresentado. Desta forma obteve-se uma série de regras para a otimização da resistência à tração e do alongamento. A escolha da orientação dos modelos para a construção deve ser feita de forma que a tração seja distribuída ao longo dos filamentos. Adicionalmente, deve-se optar por menores larguras de filamentos e distâncias reduzidas entre filamentos adjacentes.