Com o aumento da complexidade geométrica das peças em materiais compósitos associada à necessidade de desempenho estrutural, cada vez mais a indústria aeroespacial e aeronáutica vem buscando desenvolver processos de fabricação que atendam a essas necessidades associada à redução de custo, peso e à integração de componentes. Assim, processos de infusão de resina líquida como Moldagem por Transferência de Resina (RTM) e Moldagem por Transferência de Resina Assistida por Vácuo (VARTM) vem se destacando para a fabricação dessas peças. O objetivo do presente trabalho é avaliar o comportamento mecânico de compósitos termorrígidos obtidos através dos processos de infusão RTM e VARTM, considerando a resistência à tração, resistência à compressão, cisalhamento no plano e cisalhamento interlaminar na temperatura ambiente e sob condicionamento a alta temperatura e na presença de umidade. O trabalho se propõe ainda a comparar variações no processo VARTM por meio da análise do tempo de infusão da resina no compósito, porosidade e porcentagem volumétrica das fibras. A análise dos resultados dos ensaios mecânicos mostra que as propriedades dependentes da matriz apresentaram reduções significativas após condicionamento ambiental (alta temperatura e umidade), provavelmente devido à degradação e à absorção de umidade. A resistência à compressão apresentou redução de 15 a 50%, resistência ao cisalhamento interlaminar de 39 a 50% e cisalhamento no - plano de 21 a 41%. Os compósitos fabricados pelo processo VARTM apresentaram maior queda das propriedades em relação aos compósitos fabricados pelo processo RTM, pois a resina DGEBA mostrou ser mais susceptível a umidade que a resina TGMBA. As propriedades dependentes do reforço são menos suscetíveis ao condicionamento ambiental. No caso da propriedade de resistência a tração, a mesma também apresentou redução dos valores, mas em proporções menores sendo de 1 a 7%. A análise de variações do processo VARTM indica que a qualidade do compósito fabricado por VARTM depende da quantidade e posicionamento das linhas de resina e de vácuo. O posicionamento e a quantidade dessas linhas podem gerar porosidade, delaminações, aumentar o tempo de infusão e reduzir a fração volumétrica das fibras.

O presente trabalho aborda o processamento e caracterização de um compósito híbrido obtido a partir da combinação de lâminas de titânio com pré-impregnados de fibra de carbono e epóxi. Atualmente, os compósitos híbridos vêm sendo amplamente estudados, devido a suas propriedades dinâmico-mecânicas específicas excepcionais. Como contribuições deste trabalho para o tema, têm-se um estudo sobre a preparação das matérias-primas e avaliação processamento do compósito por meio de ensaios de rugosidade, calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA), microscopia óptica e verificação de massa específica. Também foram realizadas caracterizações por meio de ensaio de resistência à tração, resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS), resistência ao cisalhamento com entalhe em V (Iosipescu) e ensaio de vibração livre. Adicionalmente é apresentado o comportamento em vibração livre do material após sofrer condicionamento higrotérmico. Os resultados das propriedades mecânicas para o compósito híbrido titânio/fibra de carbono/epóxi são comparados com as calculadas das predições a partir da regra das misturas e com valores de propriedades de compósitos da mesma família, como o GLARE e o CARALL . Como resultado, o compósito estudado apresenta propriedades excepcionalmente superiores quando comparados com o GLARE e CARALL, tornando-se um material candidato para aplicações estruturais na indústria aeroespacial.

A imposição de uma série de condições operacionais na fundição e seus processos geram, como consequência direta, uma diversidade de estruturas de solidificação. Sabe-se que as propriedades mecânicas dependem dessas estruturas. A literatura apresenta relações entre o limite de escoamento de materiais e tamanho de grão (equação de Hall-Petch), ou limite de resistência à tração e espaçamentos dendríticos. Neste trabalho, a liga Al-6,0Zn (%p) e a liga Al-3,0Cu-1,0Li (%p) foram solidificadas em um sistema ascendente sob condições não-estacionárias de fluxo de calor. O calor foi direcionalmente extraído através de um molde refrigerado a água feito de aço (SAE 1020). O objetivo deste trabalho é obter correlações entre a microestrutura, variáveis térmicas de solidificação e propriedades mecânicas das ligas fundidas. Os resultados incluem coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidade de deslocamento da isoterma liquidus, taxa de resfriamento, espaçamentos dendríticos primários, limite de resistência à tração ( smáx.) e limite de escoamento ( se) em função das condições de solidificação impostas pelo sistema metal/molde. Constata-se que o espaçamento dendrítico primário diminui com o aumento da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus e da taxa de resfriamento. Em ambos casos ( smáx. e se = 0,2%e), o arranjo dendrítico mais refinado apresenta maior resistência mecânica.

A busca por uma plataforma mais eficiente ée uma importante estratégia na manutenção da competitividade na indústria aeronáutica. Mais especificamente na aviação comercial, a busca por estruturas mais leves, resistentes e de fácil manutenção ée a tradução desta eficiência desejada. Neste cenário, novos materiais com propriedades cada vez mais otimizadas desempenham um papel fundamental. As ligas de alumínio contendo lítio surgiram há algumas décadas; porém, ainda hoje, sua aplicação ée restrita. Com uma superioridade marcante em alguns aspectos em relação às ligas de alumínio convencionais mais utilizadas atualmente, esta classe de ligas apresenta algumas particularidades, por exemplo, custo, gestão das sobras e algumas propriedades específicas, que truncaram seu uso extensivo na indústria aeronáutica. Foram necessárias décadas de aperfeiçoamento na composição de elementos de liga e tratamentos térmicos e termomecânicos para que hoje estivessem disponíveis algumas ligas da chamada terceira geração, nas quais muitos destes problemas foram mitigados. Ainda assim, são grandes os desafios para a introdução desta classe de ligas em uma aeronave, desde a fase de projeto atée a estratégia de mercado para a compra e gestão de peças de reposição. Dentro deste contexto, o presente trabalho avaliou a aplicação da liga AA2198 de alumínio-lítio da terceira geração para aplicação em revestimentos de fuselagem de aeronaves, em substituição à liga AA2024. Foram considerados aspectos de projeto, avaliadas as propriedades mecânicas e realizadas operações de conformação plástica por estiramento utilizando-se chapas de 1,6 mm de espessura, concluindo-se que, nestes aspectos, a liga AA2198 pode substituir com vantagens a liga AA2024 devido a um conjunto superior de propriedades mecânicas e um comportamento similar em condições de processamento para obtenção de peças conformadas.

Barras de torção são largamente utilizadas para diversas necessidades na indústria aeronáutica, tais como sistemas de comando de vôo, contrabalanceamento de portas diversas. Desse modo, ée apresentada uma metodologia que visa fornecer uma estimativa inicial das dimensões dessa barra. Essa metodologia ée baseada em três conceitos comuns para qualquer projeto de barra de torção: balanceamento, onde a barra de torção deve promover certa resistência a uma carga aplicada (no estudo de caso, a abertura de uma porta de passageiros); fadiga, baseada nas propriedades dos materiais estudados, bem como suas curvas de fadiga, fornecidas pela norma MMPDS-01; e, por último, margem de segurança, de modo que haja tensões em níveis satisfatórios, em relação às tensões de escoamento dos materiais estudados. Assim, obtém-se uma estimativa pré-otimizada das dimensões da barra de torção (diâmetro e comprimento) para qualquer material, visando a atender os requisitos necessários. Para a decisão final da melhor barra estimada, são estabelecidos critérios, novamente atendendo às necessidades de cada projeto, tais como peso, custo, entre outros. Com os valores estimados, ée feito o refinamento da mesma, utilizando método dos elementos finitos e ensaios. De modo geral, a metodologia visa dar essa estimativa inicial de forma que não sejam necessárias inúmeras novas iterações no projeto, reduzindo o tempo de projeto e manufatura.

Desde os mais remotos tempos da aviação, materiais metálicos, principalmente o alumínio, têm sido considerados para a construção de estruturas de aviões graças a propriedades únicas como baixo peso específico, fácil trabalhabilidade e boa resistência à corrosão. Com o advento dos sistemas computadorizados, simulação do processo de solidificação de metais e controle rigoroso de qualidade, processos de fundição classificados como Premium propiciaram propriedades mecânicas superiores e elevada repetibilidade, viabilizando a aplicação de componentes fundidos em estruturas primárias de aeronaves. O presente trabalho avalia a correlação entre a microestrutura, particularmente o espaçamento interdendrítico secundário e defeitos, com as propriedades mecânicas de componentes fundidos da liga de Al-Mg-Si - E357, envelhecida para a condição T6. Foi realizado um total de 30 ensaios de tração e 48 ensaios de fadiga axial, utilizando amostras retiradas de diferentes espessuras de placas fundidas e os resultados correlacionados com suas respectivas microestruturas. O estudo revela que o processo de fundição por cera perdida e solidificação controlada é capaz produzir componentes fundidos com excelente qualidade, microestrutura super refinada e homogênea (espaçamento interdendrítico secundário variando de 15 a 30m), em componentes com variação de espessura de 2 a 15mm. Pôde-se constatar também que, para esse nível de variação do espaçamento interdendrítico secundário não há diferença significativa nas propriedades mecânicas (tensão de escoamento e tensão de ruptura), apenas diferença no alongamento. No que tange a resistência à fadiga, pôde-se constatar que há diferença significativa entre os resultados das amostras de 2 e 15mm de espessura, principalmente quanto à dispersão dos resultados. Por meio das fractografias das amostras fraturadas por fadiga, pôde ser constatado que a nucleação das trincas ocorre preferencialmente em grandes defeitos como, por exemplo, inclusões. Na ausência de inclusões, as iniciações ocorrem devido às porosidades e filmes de óxido. Finalmente, na ausência de defeitos típicos de peças fundidas, a nucleação das trincas de fadiga ocorre preferencialmente devido ao escorregamento de planos, principalmente escorregamento das fases duras em relação à matriz de alumínio.

Este trabalho pretende mostrar uma comparação entre diversos critérios de previsão de falha em juntas mecânicas de laminados de compósito. A maioria dos critérios atualmente utilizados é baseada em estudos do final da década de 80 ao início dos anos 90. Portanto, são critérios desenvolvidos quando os recursos computacionais eram muito limitados em comparação com os recursos disponíveis atualmente. Neste trabalho é feita uma análise computacional utilizando modelo de placa de elementos finitos com não-linearidades de contato e de material utilizando o software Abaqus, situação inviável à época em que os critérios foram propostos. Uma comparação entre qualidade de resultado, modelagem teórica, custo computacional e previsão de modo de falha é apresentada.

Aços constituem a categoria de material metálico mais utilizada industrialmente. Sua grande aplicação deve-se a diversos fatores, como produção em larga escala, baixo custo, por possuírem uma vasta faixa de propriedades mecânicas, entre outros. O aço SAE/AISI 4340 é tratável termicamente, baixa liga, contendo níquel, cromo e molibdênio, combina excelente temperabilidade com alta ductilidade, tenacidade e resistência, possui alta resistência à fadiga e à fluência. O fenômeno de fratura por fluência é um dos grandes problemas da área industrial devido ao crescente nível de exigência das condições de operação empregadas em usinas de geração de energia, instalações químicas e em componentes estruturais aplicados nas indústrias aeroespaciais. Com o objetivo de compreender o mecanismo de fluência e caracterizar microestruturalmente o aço 4340, elaborou-se corpos-de-prova de seção cilíndrica para ensaios de fluência com 500C (200 MPa), 550C (200, 250 e 300 MPa) e 600C (200 MPa), a partir de uma barra de aço laminado, na condição como recebido. Foram traçadas as curvas de fluência e determinadas as taxas de fluência de segundo estágio para as condições ensaiadas, foi obtido o expoente de tensão n para 550C e a energia de ativação Q para 200MPa. A caracterização microestrutural do material depois do ensaio de fluência foi feita através de microscopia óptica. O expoente de tensão de 8.02 e a energia de ativação de 372.2 kJ/mol indicam que o mecanismo de fluência se dá por movimentação de discordâncias. O aumento da temperatura e o aumento da tensão causam aumento exponencial da taxa de fluência.

O carbono vítreo reticulado pretence à classe dos materiais carbonosos e caracteriza-se por apresentar estrutura turbostrática e poros de transporte na ordem de 98%. A combinação destas características com a excelente inércia química, baixa condutividade térmica, resistência mecânica e resistividade elétrica permite a aplicação deste material nas áreas aeroespacial, médica e química. O presente trabalho visou estudar as condições de obtenção do carbono vítreo reticulado, a nível laboratorial, através do estabelecimento de um processo que favorecesse a obtenção desta espuma de carbono, com distribuição homogênea dos poros de transporte e características mecânicas adequadas à sua manipulação. Foram testadas as metodologias do material de sacrifício e da impregnação de espumas poliméricas, sendo esta última a escolhida, utilizando como impregnante a resina furfurílica e uma espuma à base de poliuretano como matriz de ancoragem. O material impregnado foi carbonizado e caracterizado quanto à sua resistência à compressão e suas características físico-químicas. A metodologia escolhida viabilizou a obtenção do carbono vítreo reticulado, que mostrou, predominantemente, estrutura reticular (poros de transporte) e valores de resistência à compressão dependentes da massa específica aparente da espuma de carbono contida.

Este trabalho teve como objetivo o estudo, desenvolvimento e caracterização de ferramentas de corte nacionais a base de nitreto de silício, aditivado com ítria, céria e nitreto de aluminio, em quantidades dissimilares, sinterizadas utilizando-se dois processos distintos: sinterização sem pressão e prensagem uniaxial a quente. Foram primeiramente confeccionados corpos de prova, caracterizadas em seguida através de medidas do tamanho médio de partículas, massa específica, identificação de fases por difração de raios-X, determinação de valores de microdureza Vickers, tenacidade à fratura por indentação e avaliação microestrutural por microscopia eletrônica de varredura. Este estudo mostrou que as características físicas e mecânicas dos compactos são fortemente influenciados tanto pelas composições das misturas como pelos processos de sinterização. Os materiais prensados a quente apresentam maiores valores de microdureza e massa específica, em função de uma etapa de controle mais efetiva no mecanismo de solução reprecipitação, durante a sinterização via fase líquida. Os materiais sinterizados sem pressão apresentam maior tenacidade à fratura, em função de relações de aspecto mais altas nos grãos beta, operacionalizando um mecanismo baseado na deflexão ou ramificação de trincas. Após a caracterização dos corpos de prova, foram confeccionadas ferramentas de corte para torneamento, de acordo com normas pré-estabelecidas para este tipo de produto, utilizando-se sinterização sem pressão como rota de processamento. Efetuou-se em seguida ensaios de usinagem em ferro fundido cinzento, utilizando-se as ferramentas desenvolvidas neste trabalho, e, para análise comparativa, uma ferramenta de nitreto de silício importada e uma de metal duro. Nas ferramentas cerâmicas desenvolvidas no CTA/IAE/AMR, não ocorreu quebra de aresta cortante, possibilitando usinagem bem sucedida com altas velocidades de corte (332m/min). A ferramenta de metal duro reagiu com o material usinado formando uma aresta postiça de corte. A referida aresta alterou a geometria da ferramenta, gerando um acabamento extremamente irregular na superfície usinada.