Trabalho de investigação desenvolvido na Universidade Regional de Blumenau / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

O propulsor S-30 é utilizado nos veículos de sondagem VSB-30, VS-30 e Sonda III, do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), é alimentado com propelente sólido e possui envelope-motor fabricado em aço SAE 4140. O presente trabalho tem por objetivo analisar a bobinagem filamentar e as proteções térmicas internas e externas de um envelope-motor S-30 em compósito, para poder ser utilizado nos veículos VSB-30 e VS-30 do IAE. O envelope-motor em compósito visa manter as interfaces com partes já qualificadas dos veículos, como porta-empenas, ignitor, tubeira e dispositivos de carregamento de propelente, com o objetivo de substituir o envelope-motor metálico, mantendo as características propulsivas do propulsor S-30. Neste trabalho, foram realizados os dimensionamentos da geometria e das espessuras dos domos e da parte cilíndrica, análises de bobinagem filamentar usando o software CadWind e análises das proteções térmicas internas e externas. Foram realizadas análises para duas configurações: a primeira para um envelope-motor com aberturas polares iguais, por bobinagem helicoidal geodésica isotensoidal, e a segunda para um envelope-motor com aberturas polares diferentes por bobinagem não-geodésica. A conclusão principal baseada nas análises realizadas para as duas configurações estudadas, proporciona um propulsor S-30 bobinado com melhor desempenho que o S-30 com envelope-motor metálico, em razão da sua menor massa, ou seja, proporciona um maior apogeu para uma mesma carga útil ou uma maior carga útil para o mesmo apogeu.

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.

Neste trabalho propôs-se a construção de um tubo de material compósito híbrido, com fibra de vidro e fibra de carbono, para utilização como prolongador de prótese de membro inferior a serem fabricadas pela AACD - Associação de Assistência à Criança Deficiente. O objetivo é avaliar as solicitações da prótese para otimizar custo e reduzir a massa. Fez-se inicialmente um levantamento das propriedades dos materiais comerciais utilizados para a fabricação do prolongador para referenciar o desenvolvimento do componente da prótese. Utilizou-se modelagem por elementos finitos para otimizar o componente em função dos esforços biomecânicos a que a prótese é submetida. Nesta modelagem, estudaram-se várias disposições, quantidade e material das camadas de forma a atender às solicitações e minimizar os custos. O levantamento bibliográfico permitiu encontrar uma rota de menor custo para a fabricação de compósito que utiliza um processo de transferência de resina auxiliado a vácuo e pré-formados de vidro e carbono. Como referência, foi fabricado um componente pelo processo de bobinagem filamentar que produz materiais compósitos de qualidade reconhecida. O processo de moldagem por transferência de resina assistido à vácuo, apesar de ter alguns insumos importados, pela sua simplicidade pode ser realizado na própria AACD e se mostrou capaz de obter componentes com custo que viabiliza sua produção sem grandes investimentos em equipamentos. Apesar da redução de algumas das propriedades em relação à peça de referência, o tubo apresentou vantagens na redução de massa e na absorção de impacto. / In this work it was considered a construction of a pipe of hybrid composite material, with carbon and glass fibre, for use as prosthesis extension of inferior member to be manufactured for the Associação de Assistência à Criança Deficiente AACD. The objective is to evaluate the requests of prosthesis to optimize cost and to reduce weight. A survey of the properties of the commercial materials commonly used for the manufacture extension became initially a reference to the development of the final component. A finite element modeling was used to optimize the component in the biomechanics function related to the efforts which the prosthesis is submitted. In this modeling some disposals and numbers of layers, amount and material have been studied to take care of the requests and to minimize the cost. A bibliographical survey allowed finding a shipper route for the manufacture of composite that uses a process of vacuum assisted resin transfer molding and preforms of glass with carbon. As reference, a component was produced using filament winding process to compare the quality of the obtained composite pipe. The process, although to have some imported feed-stock, can be proper carried out by AACD and if it showed capable to produce components with cost that makes possible its production internally. Despite the reduction of some of the properties in relation to the reference part, the component presented advantages such as weight reduction and the impact absorption.

Neste trabalho propôs-se a construção de um tubo de material compósito híbrido, com fibra de vidro e fibra de carbono, para utilização como prolongador de prótese de membro inferior a serem fabricadas pela AACD - Associação de Assistência à Criança Deficiente. O objetivo é avaliar as solicitações da prótese para otimizar custo e reduzir a massa. Fez-se inicialmente um levantamento das propriedades dos materiais comerciais utilizados para a fabricação do prolongador para referenciar o desenvolvimento do componente da prótese. Utilizou-se modelagem por elementos finitos para otimizar o componente em função dos esforços biomecânicos a que a prótese é submetida. Nesta modelagem, estudaram-se várias disposições, quantidade e material das camadas de forma a atender às solicitações e minimizar os custos. O levantamento bibliográfico permitiu encontrar uma rota de menor custo para a fabricação de compósito que utiliza um processo de transferência de resina auxiliado a vácuo e pré-formados de vidro e carbono. Como referência, foi fabricado um componente pelo processo de bobinagem filamentar que produz materiais compósitos de qualidade reconhecida. O processo de moldagem por transferência de resina assistido à vácuo, apesar de ter alguns insumos importados, pela sua simplicidade pode ser realizado na própria AACD e se mostrou capaz de obter componentes com custo que viabiliza sua produção sem grandes investimentos em equipamentos. Apesar da redução de algumas das propriedades em relação à peça de referência, o tubo apresentou vantagens na redução de massa e na absorção de impacto. / In this work it was considered a construction of a pipe of hybrid composite material, with carbon and glass fibre, for use as prosthesis extension of inferior member to be manufactured for the Associação de Assistência à Criança Deficiente AACD. The objective is to evaluate the requests of prosthesis to optimize cost and to reduce weight. A survey of the properties of the commercial materials commonly used for the manufacture extension became initially a reference to the development of the final component. A finite element modeling was used to optimize the component in the biomechanics function related to the efforts which the prosthesis is submitted. In this modeling some disposals and numbers of layers, amount and material have been studied to take care of the requests and to minimize the cost. A bibliographical survey allowed finding a shipper route for the manufacture of composite that uses a process of vacuum assisted resin transfer molding and preforms of glass with carbon. As reference, a component was produced using filament winding process to compare the quality of the obtained composite pipe. The process, although to have some imported feed-stock, can be proper carried out by AACD and if it showed capable to produce components with cost that makes possible its production internally. Despite the reduction of some of the properties in relation to the reference part, the component presented advantages such as weight reduction and the impact absorption.