A utilização de compósitos poliméricos em componentes de aeronaves e embarcações deve-se, primordialmente, à flexibilidade de projeto, excelentes propriedades mecânicas e baixa massa específica, aliada aos elevados valores de resistência mecânica e rigidez e baixa incidência de corrosão, atendendo aos severos requisitos de desempenho dessas estruturas em serviço. Isto torna os compósitos poliméricos particularmente atraentes como substituintes das ligas metálicas em aplicações aeronáuticas e navais. Entretanto, quando colocados em serviço, os compósitos poliméricos estão expostos a uma variedade de condições ambientais e diversos tipos de esforços mecânicos que podem causar danos irreversíveis, quando submetidos a ciclos prolongados. Com isto, o presente trabalho objetiva contribuir no domínio dos efeitos das condições ambientais em compósitos poliméricos termorrígidos, utilizando para isto laminados de fita unidirecional de fibra de carbono de módulo intermediário, aglutinadas em resina epóxi modificada, tipo 8552. Assim, os compósitos poliméricos termorrígidos foram submetidos a efeitos higrotérmicos, com temperatura (80C) e umidade (90%) controladas, em câmara de climatização e de névoa salina (35C), sendo suas propriedades mecânicas avaliadas por meio de ensaios de compressão, de cisalhamento interlaminar e de tração longitudinal e transversal, em temperaturas ambiente (22oC) e elevada (82oC). Os resultados obtidos nos ensaios são correlacionados com análises por microscopia eletrônica de varredura. A análise destes resultados mostra que o efeito combinado do condicionamento higrotérmico com temperatura elevada de ensaio, reduz as resistências mecânicas do compósito devido à degradação da matriz polimérica

Os compósitos de resina fenólica reforçados com fibras de carbono (FRFC) têm sido utilizados na indústria aeroespacial para fabricação de componentes termo-estruturais, isto é, que suportem ambientes termicamente severos, com é o caso das tubeiras de foguetes, por onde escoam os gases provenientes da queima do propelente. Neste trabalho são descritas as técnicas utilizadas para obter e caracterizar compósitos ablativos de matriz (resina) fenólica reforçados com tecido tricotado de carbono. Estes compósitos foram submetidos a um processo de cura utilizando-se o método de moldagem por prensagem a quente. A caracterização dos compósitos de matriz fenólica reforçado com fibras de carbono (FRFC) proposta neste trabalho, envolve a determinação de propriedades físicas e mecânicas de amostras sem tratamento térmico após o ciclo de cura e de amostras submetidas às temperaturas de tratamento térmico de 400C, 1000C, 1500C e 2000 C. As amostras dos compósitos apresentaram valores de massa específica aparente entre 1,27 g/cm3 e 1,36 g/cm3 e resistividade elétrica entre 4,8 x 10-3v.m e 6,7 x 10-5v.m. O módulo em cisalhamento das amostras apresentaram valores entre 2,4 GPa e 3,6 GPa e o módulo dinâmico, obtido através do ensaio dinâmico-mecânico, variou entre 7,3 GPa e 9,4 GPa. Os resultados deste trabalho mostram que a temperatura de tratamento térmico é um fator determinante na variação das propriedades elétricas, mecânicas (módulo de elasticidade, módulo de cisalhamento) e dinâmico-mecânicas (fator de amortecimento, módulo de perda), visto que tais temperaturas causam alterações na estrutura cristalina da fibra de carbono, bem como na microestrutura do compósito.

O objetivo principal deste trabalho de pesquisa foi obter duas formulações de compósitos ablativos. A primeira formulação (Compósito I) foi obtida com matriz de resina fenólica reforçada com fibra de carbono picada e a segunda (Compósito II) com matriz de resina fenólica modificada com epóxi, reforçada com fibra de carbono picada. Os compósitos foram obtidos pelo processo de prensagem a quente. Esses compósitos também são conhecidos como compósitos estruturais ablativos, para aplicações em atmosferas onde as condições são severas, de acordo com o alto fluxo de gases aquecidos e alta temperatura, devido à queima do propelente sólido. Outro propósito deste trabalho foi realizar a caracterização física e química da matriz, dos reforços e dos compósitos. Após a caracterização, um divergente de cada formulação foi fabricado e seu desempenho foi avaliado pelo teste estático em motor foguete de treinamento. As amostras de compósitos apresentaram densidades na faixa de 1,45 a 1,47 g/cm. Em análise de propriedades Termo Dinâmico Mecânica, foram obtidos o Módulo Elástico (E') de 1,14 GPa a 2,50 GPa e Módulo de Dissipação Viscosa (E'') de 60,2 MPa a 163,0 MPa, de acordo com a faixa de temperatura. A Temperatura de Transição Vítrea (Tg) obtida por Calorimetria Diferencial Exploratória (DSC) foi de 95C e 92C e a dilatação térmica linear de 449,85x10-7/C e 76,36x10-7/C respectivamente. O calor específico (Cp) dos compósitos obtidos foi de 0,319 J/g/C a 1,254 J/g/C, de acordo com a faixa de temperatura. As propriedades mecânicas obtidas para ambas as formulações de compósitos exibiram valores considerados similares. A performance em ablação para a formulação do Compósito I foi superior ao Compósito II, comprovado pelo teste estático em motor foguete de treinamento. A condutividade térmica dos compósitos obtidos foi de 39,1 a 48,0 W/mK, de acordo com a faixa de temperatura.

Estudos anteriores mostram que a produção de ligas de NiTi com efeito de memória de forma por fusão em feixe de elétrons é um processo viável. A baixa contaminação por impurezas, tais como carbono e oxigênio, é a principal característica deste processo, que resulta em teor de carbono tão baixo quanto 100ppm em peso. Neste trabalho, um lingote de 150 mm de diâmetro, produzido por este processo, pioneiro no mundo, foi transformado em fios e tiras e caracterizado em termos de efeito de memória de forma. A conformação inicial foi feita através dos processos de forjamento e laminação a quente e, posteriormente, por forjamento rotativo a quente e trefilação, mostrando também a viabilidade de conformação termomecânica. Os resultados de recuperação de forma foram excelentes, com recuperação total para uma deformação de 9%. Este resultado é inédito na literatura mundial para um material policristalino e pode ser atribuído à alta pureza do lingote de partida. Mostrou-se também neste trabalho que a heterogeneidade de composição pode provocar o aparecimento de picos de transformação martensítica multiestágio, comprovados por análise de microestrutra, análise térmica e ensaios de tração.

Este trabalho consistiu da caracterização das propriedades mecânicas, temperaturas de transformação martensítica e aspectos microestruturais da liga Ti 50,67(%at) Ni com efeito de memória de forma previamente produzida via fusão em forno de indução a vácuo denominada VIM 51. Foram analisados três formatos de materiais : tiras de NiTi de 0,82 mm de espessura, chapas de 1,7 mm de espessura e fios de 3,5 mm de diâmetro. Verificou-se que o processo de conformação mecânica da liga VIM 51 foi perfeitamente viável. Análises de MEV/EDS mostraram e semi quantificaram a presença dos precipitados TiC, Ti2Ni e Ti3Ni4. Os ensaios de calorimetria diferencial de varredura mostram que os picos de transformação martensítica surgem em função do tempo de envelhecimento e da temperatura a que a liga é submetida. Amostras solubilizadas e envelhecidas a 450oC por 30 e 150 minutos apresentam dois picos de transformação no resfriamento e dois picos no aquecimento. Isto é atribuído a precipitação de Ti3Ni4 que ocorre preferencialmente nos contornos de grão, provocando heterogeneidade de composição no material. Os ensaios de tração mostraram que amostras simplesmente laminadas apresentam uma curva característica de material convencional enquanto as amostras solubilizadas, solubilizadas e envelhecidas apresentam platô característico de materiais que apresentam o efeito de memória de forma.Verificou-se que amostras envelhecidas a 350C e 600C apresentam comportamentos próximos das amostras simplesmente solubilizadas com valores de tensões de escoamento altos. Já as envelhecidas entre 400 e 500C apresentam baixos valores de tensão de escoamento, possivelmente devido a precipitação de Ti3Ni4, que em média deixa a matriz empobrecida em níquel aumentando, consequentemente, a temperatura de transformação martensítica.

Em virtude do crescente interesse da utilização de materiais leves e resistentes para proteção balística em veículos, aeronaves e proteção pessoal, os materiais compósitos vêm sendo um material promissor. Com a utilização de materiais cerâmicos e poliméricos combinados para a fabricação dos painéis híbridos para proteção balística, consegue-se obter produtos leves e que atendam ao nível de proteção requerida de acordo com a configuração utilizada. Com o interesse em utilizar materiais que tragam melhores propriedades, o presente trabalho estuda características de uma cerâmica, alumina, e de compósitos poliméricos para fabricação de um núcleo de blindagem híbrida constituído por camada frontal de cerâmica e camada posterior polimérica. A alumina utilizada foi aditivada com nióbia, talco, magnésia e zirconita. Os materiais poliméricos estudados foram: compósitos laminados de fibras de aramida (Kevlar) e de fibras de polietileno de ultra alta massa molar (Dyneema), avaliando o efeito da combinação de suas diferentes configurações. Foi efetuado um estudo de condicionamento ambiental para verificar o comportamento higrotérmico e mecânico pós-condicionamento dos laminados e suas configurações. Verifica-se que é possível obter materiais mais resistentes que a aramida, por combiná-las com camadas de Dyneema. Após a avaliação das propriedades mecânicas e microestruturais da cerâmica, foi efetuada a colagem de pastilhas de alumina em cinco configurações de camadas poliméricas, sendo um painel composto por Kevlar, outro composto por Dyneema e os outros três painéis fabricados com configurações diferentes de Kevlar e Dyneema. Posteriormente, foi avaliado o desempenho balístico destes painéis com munição 7,62x51 mm e feita uma análise dos danos pós-impacto para analisar a formação de trincas na alumina por meio de análise radiográfica, e a deformação plástica da camada polimérica por medição tridimensional da região danificada. Além das propriedades mecânicas, microestruturais e balísticas, a avaliação de custo e peso dos painéis também é levada em consideração para a escolha final do painel de melhor custo benefício. A avaliação do desempenho geral das blindagens híbridas mostra que a configuração DKD apresenta um melhor desempenho das características avaliadas (densidade de área, custo do painel, eficiência balística e caráter de absorção de umidade). Na configuração DKD é possível reunir as propriedades do Kevlar: boa resistência à temperatura, menor deformação plástica e baixo custo, com as propriedades do Dyneema: melhor resistência ao impacto, menor massa específica e resistência à umidade, sendo desta maneira a melhor configuração de camada polimérica definida neste trabalho para a blindagem híbrida estudada.

Simulações numéricas foram realizadas usando dois modelos de falha progressiva com o objetivo de predizer o comportamento de placas de material compósito laminado sujeitas aos danos causados por cargas impulsivas de impacto. As simulações foram executadas com o uso do código comercial de elementos finitos ABAQUS/Explicit. Um aspecto numérico importante a ser considerado na predição de progressão de falhas é o processo de degradação da matriz de rigidez quando um ou mais critérios de falha são satisfeitos. Um processo de degradação instantâneo conduz a instabilidades numéricas, induzindo ondas dilatacionais artificiais no modelo numérico com esquemas de integração explícita dinâmica no tempo. O primeiro modelo de falha adotado é baseado nos critérios de Chang-Chang e Hashin. Esse modelo degrada as propriedades do material associadas aos modos de falha em cem incrementos de tempo, evitando assim a ocorrência de ondas dilatacionais artificiais. O segundo modelo adotado é baseado na mecânica do dano no contínuo e detecta os modos de falha por meio de uma abordagem baseada em energia. Esse modelo degrada as tensões de forma tal que a taxa de liberação da energia de deformação crítica associada a cada um dos mecanismos de falha em cada camada é dissipada por um processo de fratura por espalhamento. Alguns casos de impacto foram investigados para níveis de energia de impacto baixo, intermediário e alto, usando ambos os modelos de falha. Os resultados são então comparados e discutidos.

Ambientes úmidos, temperaturas elevadas e outros fatores agressivos (UV, meios químicos e agentes de intemperismo) podem causar uma variedade de mudanças imediatas ou a longo prazo nas propriedades mecânicas e térmicas dos compósitos poliméricos. O processo de difusão da umidade ocorre com o tempo por ação da capilaridade até o laminado atingir o nível de equilíbrio, afetando principalmente as propriedades dominadas pela matriz ou pela interface fibra/resina. A seqüência de empilhamento das camadas e o tipo de acabamento da borda livre podem afetar a resistência do laminado, causando a delaminação de borda como, também, influenciar no processo de absorção de umidade. Os laminados fabricados com bordas moldadas eliminam o acabamento da borda por processo de usinagem convencional com grande ganho de produtividade, mas os seus comportamentos mecânicos, quando esses estão saturados de umidade, ainda não foram apresentados na literatura. Nesta tese são apresentados resultados de resistência à tração de laminados cruzados e multidirecionais de carbono/epóxi com bordas moldadas e usinadas, ensaiados nas condições seco à temperatura ambiente e úmido em câmara de climatização. Os laminados são fabricados com pré-impregnados de fita unidirecional contínua e curados por processo a vácuo em autoclave. A comparação dos resultados mostra que há um aumento na resistência de alguns laminados. Nestes casos particulares ficou evidente que a saturação de umidade influenciou as propriedades da resina, indicando que ocorreu a plasticização com a conseqüente tenacificação da estrutura polimérica. Nos outros laminados a umidade provocou o envelhecimento do polímero, degradando a interface fibra/resina e, conseqüentemente, reduzindo a resistência. A análise microscópica da região de interface fibra/resina no plano de fratura do laminado, pela técnica de microscopia eletrônica de varredura, mostra que as condições ambientais que combinam temperatura e umidade favoreceram o rompimento da interface, devido ao longo período de exposição até completar a saturação do compósito.

Foi desenvolvido um programa experimental objetivando estudar a resistência de uma ligação mecânica em material compósito em função da variação de distância de borda.Foram utilizados no programa experimental tecido de fibra de vidro e tecido de fibra de carbono, prendedores 3/16" e 5/32" de diâmetro, resina epóxi e cura a 120C. Três orientações foram utilizadas para ensaio: (0/90), (0/90) combinado com (45) e (45). Os ensaios foram realizados nas condições ambientais RTD (temperatura ambiente, seco) e ETW (temperatura elevada, úmido). O número de camadas para o tecido de fibra de vidro foi diferente do utilizado para fibra de carbono para que fosse mantida a mesma espessura. As distâncias de borda avaliadas foram 1.5d, 2.0d e 2.5d (onde d é o diâmetro do prendedor), em um corpo de prova de junta sobreposta.Os resultados obtidos mostram o tecido de fibra de carbono com resistência superior ao tecido de fibra de vidro para a mesma condição ambiente (RTD ou ETW), a condição RTD é superior a condição ETW, e os maiores valores de resistência são encontrados com a orientação (0/90) combinado com (45) onde existe alternância de direção de camadas. A sensibilidade à variação de distância de borda é elevada na condição RTD e baixa na condição ETW.

O estudo trata da avaliação de pavimentos aeroportuários para notificação do PCN. São estudados cinco aeroportos brasileiros, onde o Falling Weight Deflectometer (FWD) é usado para medir as deflexões do pavimento. O programa Laymod-3 é utilizado para a retroanálise dos módulos de elasticidade das camadas, e seus resultados são analisados. Quatro grupos de pavimentos são estudados: flexíveis, rígidos, compostos e semi-rígidos. Com base nos módulos de elasticidade das camadas dos pavimentos, obtidos por retroanálise, procede-se a avaliação do PCN com a utilização de uma variada gama de procedimentos e critérios para previsão de desempenho e projeto de pavimentos, para três níveis de tráfego. Os resultados são cuidadosamente analisados para definir quais critérios definem melhor a resistência do pavimento, em cada caso. Os procedimentos mais adequados foram aplicados no aperfeiçoamento do Programa PCN.