O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos poliméricos avançados tem como uma de suas finalidades, formar um conjunto de materiais que combinem alta resistência, alta rigidez e baixa massa específica. Esta combinação de propriedades é resultante da união de reforços de fibras com polímeros, tornando os compósitos particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas em aplicações aeronáuticas e espaciais. Os compósitos obtidos com termoplásticos de engenharia, em comparação aos compósitos termorrígidos, podem apresentar maior rigidez, maior resistência ao impacto, maior temperatura de serviço, menor absorção de água, menor custo de processamento, baixo custo de transporte e estocagem, maior facilidade na execução de reparos, maiores possibilidades de integração e possibilidade de reciclar rejeitos. Dentre os processos de conformação disponíveis para compósitos termoplásticos, a moldagem por conformação a quente com molde híbrido metal-borracha vem sendo muito utilizado devido ao seu baixo custo e elevada produtividade. Neste processo, o ciclo térmico e as cargas mecânicas envolvidas podem afetar a cinética de cristalização e causar deslocamentos da fibra em relação à matriz ou o aparecimento de vazios. Portanto, as propriedades da peça final podem ser afetadas. O objetivo deste trabalho é avaliar a influência dos parâmetros de processamento, com ênfase nas variações de temperatura, nas propriedades mecânicas tais como módulo elástico e resistência obtidos por flexão e módulo elástico obtido por compressão para laminados de compósitos termoplásticos de poli(éter-imidia) (PEI) reforçado com fibra de carbono e poli(sulfeto de fenileno) (PPS) reforçado com fibra de carbono e de vidro. As propriedades mecânicas, cristalinidade e qualidade de compactação foram avaliadas e correlacionadas antes e depois do processamento por moldagem por compressão a quente em molde híbrido metal-borracha. As conclusões mostraram que os ciclos térmicos do processo de conformação utilizando os moldes mais frios, 50C e 100C para os compósitos de PEI e PPS, respectivamente, causaram um decremento nas propriedades medidas em flexão.

O presente trabalho analisa as propriedades metalúrgicas de aços ligados para a fabricação de moldes e os seus reflexos na usinabilidade. Os aços em questão são: ISO P20, ISO P50 e ISO P100. Os parâmetros de usinabilidade estudados são: vida de ferramenta com passadas retilíneas, vida de ferramenta por meio de abertura de cavidade, força de corte, avaliação do cavaco e acabamento superficial. Para uma mesma condição de corte, o aço ISO P50 destaca-se no parâmetro de vida de ferramenta. Isto se deve a adição de cálcio, que refina os grãos, e à ausência de cromo em sua composição. O ISO P20, o aço mais tradicional nas ferramentarias, possui cromo em sua liga que, por ser abrasivo à ferramenta de corte prejudicou o resultado da vida de ferramenta. O ISO P100 apresenta carbonitretos em sua liga, elementos altamente duros e abrasivos, porém com pouca tensão residual. A tarefa de seleção do aço não é fácil. Para lançamentos de novos produtos, onde o tempo de lançamento é fundamental, o uso do aço ISO P50, embora custando em média o dobro que o ISO P20, deve ser levado em conta. Para moldes onde há muitos furos e/ou tolerâncias pequenas, o uso do ISO P100 pode ser necessário. Para o caso de produtos já em linha, e que existe a necessidade de substituição de um molde em funcionamento e a um maior tempo de planejamento, o ISO P20 ainda mantém o melhor custo benefício.

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.

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.

Esta tese fornece uma descrição bastante ampla do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas durante o processo de estiramento com punção hemisférico. Alguns dos parâmetros mais importantes que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, junto com algumas operações de conformação de chapas metálicas são discutidos. Além disso, neste trabalho, principalmente, é proposto um novo modelo analítico que incluí o atrito para avaliar as deformações limites no estiramento de chapas metálicas anisotrópicas com punção hemisférico. Esta nova formulação leva em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas através do emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. É indicado que o coeficiente de atrito presente depende mais fortemente da reprodução das condições de ensaio do que propriamente das propriedades plásticas dos materiais testados. Em geral, as deformações limites previstas pela teoria proposta estão em boa concordância com os resultados experimentais. A teoria explica satisfatoriamente à falha da chapa metálica, tanto para a região de estiramento como para a região de estampagem da curva limite de conformação, particularmente para materiais que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2; em que d 1/d ou d 1/d 2 não é sempre maior do que zero. d 1/d ou d 1/d 2 pode ser igual ou menor que zero para uma faixa de materiais. Entretanto, para materiais de chapas que apresentam a dependência da deformação limite 1 da razão de deformação , ou da deformação 2, em que d 1/d ou d 1/d 2 é sempre maior que zero para a região de estiramento, a teoria proposta embora tenha apresentado boa concordância com a tendência de alguns dados experimentais para um grupo de materiais, não apresenta um comportamento geral eficiente. Adicionalmente, o modelo supõe que as relações no elemento de membrana próximo ao pólo, no estiramento com punção hemisférico, são dependentes de propriedades da chapa metálica, como da história do processo; e também sugere que o inicio da estricção local é controlada pelo cisalhamento. Finalmente, o papel da anisotropia é reinterpretado através da teoria desenvolvida, onde é demonstrado que a anisotropia do material da chapa aumenta a capacidade de deformação dos materiais das chapas metálicas anisotrópicas no estiramento com punção hemisférico. A avaliação dos diferentes comportamentos mecânicos das várias chapas analisadas, assim como a análise da adequação da teoria desenvolvida foi realizada com base em resultados anteriormente publicados na literatura.

Esta dissertação apresenta os cálculos e as premissas utilizadas para o desenvolvimento de uma planilha de análise estrutural de seções de vigas aeronáuticas. Serão descritos as fórmulas e os métodos usados para a análise de um grupo de seções escolhidas devido a sua grande utilização no meio aeronáutico. A planilha de análise desenvolvida tem como objetivo a análise rápida de seções, agilizando a tomada de decisão no dimensionamento estrutural. A análise leva em conta a combinação de tensões normais, devido à tração, compressão e momentos fletores; e tensões de cisalhamento, devido às forças cortantes e torção. Para diminuir o tempo de análise existe um banco de dados de materiais com as principais propriedades necessárias para a análise. A análise da flexão plástica de seções também foi implementada, opção que torna possível a redução de peso estrutural na fase de desenvolvimento. Os dados de saída são as tensões atuantes em diversos pontos da seção e suas respectivas margens de segurança.

É apresentado um modelo teórico para avaliação do momento necessário para dobramento de tubos de comportamento elástico - perfeito plástico. Esse modelo permite a análise do comportamento das tensões presentes durante o processo de dobramento, prevendo o comportamento das tensões elásticas após terminada a operação (efeito "springback"). São analisadas, ainda, as tensões residuais remanescentes na parede do tubo, resultantes do comportamento das tensões aplicadas e das tensões de recuperação elástica do material ensaiado, e outros parâmetros relevantes do processo de dobramento a frio de tubos. É confrontada a avaliação teórica com a experimental através da realização de ensaios de dobramento de tubos de diversos materiais, realizados em dobradeiras industriais, da firma Bundy Tubing, provando que o modelo teórico responde satisfatoriamente quando comparado com os obtidos na prática. Com relação a aplicações de caráter mais amplo, o método apresentado provê condições de se ter uma melhor visão de todas as variáveis envolvendo o processo de dobramento a frio de tubos, originando produtos com alto grau de confiabilidade.

Um critério de escoamento bem como uma lei de escoamento são propostos, utilizando-se o tensor resistência ao escoamento plástico, onde são preservados a normalidade do vetor, incremento de deformação e o princípio de equivalência do trabalho plástico na definição das relações tensão-deformação. A introdução e a definição desse novo tensor contribuem para o conhecimento do comportamento mecânico das chapas metálicas anisotrópicas e possibilitam melhor caracterização das curvas limites de conformação. Chapas de aço, cobre eletrolítico e latão parcialmente encruado são empregadas, a fim de se determinar os parâmetros anisotrópicos a';s do tensor resistência ao escoamento plástico, e definir experimentalmente as deformações máximas das chapas metálicas anisotrópicas. Utilizando-se a tração simples e o embutimento com punção esférico como processos de deformação das chapas. As deformações são medidas através de círculos impressos fotograficamente na chapa. Para os três materiais testados as curvas limites de conformação teóricas são definidas pelas condições de instabilidade clássica (Dorn, Swift e Hill) e estendidas pelo uso do tensor resistência ao escoamento plástico. Essas curvas teóricas são comparadas com pontos experimentais obtidos através de medidas sobre os círculos deformados no início da estricção difusa e localizada, observada no plano da chapa. Uma nova apresentação para a condição do amolecimento geométrico dos materiais (instabilidade) das chapas metálicas é dada em função do coeficiente de anisotropia plástica normal R. Mostra-se através da mesma, que para a trajetória de deformação biaxial balanceada, a subtanjente que define a estricção difusa e localizada coincidem, independente da anisotropia. Também sugere-se a existência de uma zona 1/2 < X < 1, onde essas subtanjentes aparecem muito próximas da outra, dependendo do estado de tensão existente sobre a chapa e do valor de R.

No presente trabalho foi estudada a influencia da utilizacaode matrizes de elastomeros na instabilidade plastica de chapas finasconformadas em um processo de expansao de calota semi esferica, com o objetivo de verificar a possibilidade de formular equacoes teoricas que possam predizer as deformacoes limites que o material pode suportar. Um modelo matematico, baseado nas teorias classicas de instabilidade de Hill e Swift, foi proposto de modo a determinar as deformacoes limites impostas aos materiais deformados, considerando a anisotropia da materia prima e os atritos existentes entre o elastomero/blank e entre o blank/matriz. Embora o modelo possa estabelecer as deformacoes impostas ao produto em qualquer instante do processo de conformacao, o maior interesse esta na determinacao das deformacoes na instabilidade plastica. Os ensaios experimentais, foram realizados de modo a gerar os dados necessariospara verificacao da acuidade dos resultados teoricos oriundos do modelo matematico. Para tanto, uma matriz de embutimento foi especialmente desenvolvida para os ensaios de conformacao dos Corpos de Prova (CDPs) em prensa hidraulica, utilizando elastomero. Os materiais selecionados, para os ensaios experimentais, foram caracterizados quanto as suas propriedades mecanicas e caracteristicas plasticas segundo procedimentos padroes. Devido a grande importancia do atrito nestes tipos de processos de conformacao, analisou-se e determinou-se o coeficiente de atrito medio atuante na interface elatomero/blank. Os resultados teoricos e experimentais, obtidos para os varios materiais ensaiados, foram comparados e analisados, tendo-se observado razoavel grau de concordancia entre eles. Os principais parametros que regem o modelo matematico (coeficiente de encruamento, coeficiente de atritoe anisotropia) sao discutidos para melhor entendimento de quais suasinfluencias para o sucesso das operacoes de conformacao de chapas finas. Finalmente, propoem-se abacos, oriundos das equacoes do modelo matematico, que possibilitam determinar a reducao de espessura das pecas conformadas ja na fase de projeto, podendo dispensar os ensaios experimentais de desenvolvimento.

O presente trabalho estabelece um modelo matematico para descrever o processo de inversao externa de tubos cilindricos de parede fina, usando o Metodo do Bloco para determinar a carga estatica de inversao. A analise permitiu o desenvolvimento de um modelo que expressa a variacao da carga em funcao do deslocamento axial do tubo, possibilitando tracar a curva carga x encurtamento para o processo. Este procedimento e fundamental para a previsao do comportamento dinamico do tubo sob inversao. Como resultado, tanto o encurtamento do tubo como a velocidade de impacto para causar um encurtamento preestabelecido podem ser estimados. Foram realizados varios ensaios estaticos e dinamicos de inversao em tubos de cobre e latao, os quais apresentam diferentes caracteristicas de encruamento. Os resultados teoricos foram comparados com os resultados experimentais e mostraram aproximacao satisfatoria, principalmente para os tubos de cobre. Outros parametros relevantes, tais como raio da matriz e atrito, tambem foram abordados.