Este trabalho aborda o efeito do confinamento desenvolvido em pilares de concreto armado reforçados com compósitos de fibras de carbono. Por meio do encamisamento é possível mobilizar o confinamento passivo do concreto, restringindo sua expansão lateral. Com o efeito do confinamento o concreto apresenta significativos ganhos de resistência e ductilidade. Efetuou-se uma análise experimental com pilares de seção transversal circular utilizando diferentes taxas de armadura transversal e variando-se o número de camadas do compósito. Observou-se a influência destas variáveis sobre a capacidade resistente e a deformabilidade destes pilares. Com o aumento do número de camadas de compósito ocorreram grandes acréscimos de capacidade resistente, mesmo com taxas de armadura transversal mais elevadas. O aumento da deformação última com o reforço foi grande no caso de pilares não armados. Em pilares com elevada taxa de armadura transversal não ocorreram ganhos significativos na deformação última. Verificou-se que em pilares de concreto armado reforçados com compósito de fibras de carbono, pode-se obter boas previsões do ganho de resistência utilizando-se modelos teóricos de confinamento adequados e a sobreposição de pressões laterais da camisa de reforço e da armadura transversal no núcleo. Foram ensaiados também pilares de seção transversal quadrada sem armaduras para verificar o efeito da forma da seção transversal. Observou-se que em seções quadradas a pressão lateral efetiva é menor se comparada com pilares de seção circular. / This work deals with the effect of confinement in reinforced concrete columns strengthened with carbon fiber composites. By wrapping, it is possible to mobilize the passive confinement of the concrete, restricting its lateral expansion. With the confinement, the concrete shows substantial gains in resistance and ductility. An experimental analysis of circular columns was carried out making use of different rates of transverse steel and numbers of composite layers. The influence of these variables over the load carrying capacity and deformability of these columns was observed. With an increased number of layers of the composite, there was a great increase in the load carrying capacity, even at high transverse steel rates. The increase in the ultimate strain given by the strengthening was great with unreinforced concrete columns. In columns with a high transverse steel rate there were no important gains in the ultimate strain. It was observed that in reinforced concrete columns strengthened with carbon fiber composites, one can very well foresee the gain in strength by using adequate analytical models of confinement and the overlaying of lateral pressures from the composite jacket and the transverse steel in the central core. Square columns without reinforcement bars were also subject to testing so as to investigate the effect of the shape of the cross-section. It was observable that in square sections the real lateral pressure is smaller when compared to circular columns.

Os materiais carbonosos apresentam excelentes propriedades termo-mecânicas aliadas à baixa massa específica (<2 g/cm3), fazendo com que os mesmos possam ser utilizados em componentes estruturais submetidos à altas temperaturas (T>1000 oC). Gargantas de tubeiras de foguete, proteções térmicas, componentes de turbinas e componentes para aplicação em áreas de processo sujeitas à altas temperaturas são exemplos típicos de aplicações desses materiais. A obtenção de Materiais Carbonosos, como por exemplo fibras de carbono e compósitos de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC), passa obrigatoriamente por um processo de pirólise controlada, onde precursores orgânicos como resinas, piches, e fibras poliméricas são convertidos, acima de 800 oC, em um material carbonoso sólido. No presente trabalho foram obtidos os parâmetros cinéticos, como por exemplo energia de ativação de uma reação, de um piche de alcatrão-de-hulha, de uma resina termorrígida fenólica resol, e de um compósito de Carbono Reforçado com Fibras de Carbono por meio de análise termogravimétrica. O procedimento experimental por análise termogravimétrica envolveu o aquecimento a taxas pré-determinadas e constantes das amostras até 1000 oC. A obtenção dos parâmetros cinéticos foram efetuados pela análise da curva de perda de massa. Três métodos analíticos foram utilizados: método derivativo de Friedman, método de Ozawa e método de Kissinger. Além desses métodos de análise, baseados em regressão linear, também foi utilizado um método de ajuste não linear para obtenção dos parâmetros cinéticos, que melhor se ajustam às curvas de perda de massa, denominado de método Levemberg-Marquardt. O método derivativo de Friedman utiliza a equação cinética básica e por meio da aplicação de técnicas de derivada propõe a linearização da equação com a finalidade da obtenção dos parâmetros cinéticos. O método de Ozawa, parte da equação cinética e por meio de integração propõe a linearização da equação cinética e dela obter os parâmetros cinéticos. O método de Kissinger, utiliza apenas a temperatura no ponto de maior velocidade de perda de massa. É um método de cálculo, que parte do balanço energético associado à equação cinética, obtendo a partir dessa associação uma equação que permite o cálculo da energia de ativação. Dentre os métodos utilizados o método de Friedman e o método de Ozawa foram os que mostraram mais congruência nos resultados.

Os compósitos Carbono Reforçado com Fibras de Carbono (CRFC) são obtidos por meio de uma combinação adequada de fibras de carbono e matriz carbonosa. Estes materiais apresentam excelentes propriedades termomecânicas aliadas à baixa massa específica (<2g/cm3). Estas características fazem com que eles possam ser utilizados em componentes estruturais submetidos à altas temperaturas (T >1000o C), como por exemplo, componentes de turbinas e componentes para aplicação em áreas de processo a altas temperaturas. Estas aplicações ocorrem em ambientes oxidantes. Embora os compósitos CRFC exibam estas boas características, seu ponto fraco é a baixa resistência à oxidação para temperaturas maiores que 400o C, e portanto, para que estas aplicações sejam possíveis é necessário a incorporação de um material refratário na forma de um inibidor interno, como modificador da matriz, e/ou recobrimento externo, para isolar o material do contato com oxigênio. O material refratário mais utilizado para incorporação e/ou recobrimento de compósitos CRFC, para temperaturas até 1500oC, é o carbeto de silício (SiC). São dois, portanto, os objetivos da presente proposta de trabalho. O primeiro é utilizar a tecnologia de "sputtering" assistido por uma descarga elétrica com catodo tipo magnetron para obter recobrimentos de Si-SiC. O segundo é obter compósitos reforçados com fibras de carbono, estas por sua vez com recobrimentos de Si-SiC, obtidos pelo mesmo processo. Para tais recobrimentos varia-se a temperatura do substrato (de 50 a 300oC), a potência da descarga elétrica (100 a 300 W), o tempo de deposição (de 10 a 180 minutos) e o fluxo de argônio e metano (de 0 a 10 mL/min). Em resumo, esta proposta visa utilizar uma tecnologia limpa e de pouco consumo de energia para recobrimentos de compósitos CRFC com camadas refratárias, cujo desenvolvimento para essa finalidade é ainda incipiente no mercado brasileiro. Demonstra-se que o uso da tecnologia de plasma como um conceito de processo mais simples e de menor custo em relação aos atualmente utilizados para recobrimento de compósitos CRFC.

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.

O presente trabalho aborda a determinação das constantes elásticas de materiais compósitos estruturais de uso aeronáutico por meio de ensaios de vibração. O primeiro corresponde ao ensaio de vibração livre amortecida de vigas (ASTM E-756) que forneceu as freqüências naturais e os fatores de amortecimento por meio de seus gráficos da função de resposta no tempo. Foram calculados os módulos dinâmicos para um compósito de fibras de carbono/resina epóxi, em corpos-de-prova obtidos por meio de diferentes ângulos de corte no mesmo, e para compósitos de fibras de carbono/resina epóxi, obtidos com tecido tipo plano, com frações em volume de fibras de carbono de 53% e 57%. Compósitos híbridos metal/reforço/resina, do tipo ARALL, CARALL, e GLARE também foram analisados pelo método de vibração livre de vigas. No segundo método, as constantes elásticas foram obtidas pelo ensaio de vibração livre para placas. Nesse caso, uma placa de compósito alumínio/ fibra de carbono/ resina epóxi (CARALL) foi avaliada pelo método de vibração livre, onde as freqüências naturais para os seis primeiros modos de vibração foram obtidas. As freqüências numéricas para esta placa com dimensões de área (2-D) e sem restrições de movimento foram modeladas pelo método dos elementos finitos, utilizando o aplicativo computacional ANSYS 7.0. De posse das freqüências experimentais e numéricas foi implementado um processo de otimização em linguagem própria contida em sub-rotina do ANSYS. A otimização resultou em quatro constantes elásticas (E1, E2, G12 e n12). O mesmo procedimento foi utilizado para uma placa de compósito de fibras de carbono/epóxi, com reforço tipo plano. Os resultados obtidos de testes de vibração foram também comparados com valores obtidos por meio de micromecânica de compósitos.

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.

Biomateriais nanoestruturados são promissores pelo fato de apresentarem similaridades com componentes nanoestruturados de matriz extracelular. Nanotubos de carbono de múltiplas paredes verticalmetne alinhados (VACNT) possuem um grande potencial para aplicações biomédicas devido as suas propriedades únicas, tais como, condutividade elétrica, alta estabilidade química, alta resistência mecânica e facilitação para incorporação de grupos funcionais para produção de arcabouços para sustentação celular. Compósitos à base de VACNT e hidroxiapatita (HA) são buscados com o objetivo de aplicações ósseo-regenerativas, devido à suas propriedades bioativas. Os objetivos desse trabalho são: (1) produção e caracterização de filmes de VACNTs através da técnica de CVD assistida por microondas; (2) obtenção e caracterização de filmes de VACNT superhidrofílico (VACNT-O2) utilizando a técnica de funcionalização a plasma de oxigênio; (3) caracterização biológica dos VACNT-O2; (4) obtenção de compósitos de HA/VACNT-O2 para aplicações ósseo-regenerativas e (5) estudo do processo de biomineralização in vitro e in vivo dos compósitos de HA/VACNT-O2. Como resultados foram identificados que o controle da superhidrofilicidade é fundamental para: (1) acelerar as ligações celulares estimulando a proliferação, e consequentemente, formando rapidamente monocamadas celulares, se comparados às superficies hidrofóbicas; (2) a produção de nanocompósitos de HA/VACNT-O2, que aceleram o processo de biomineralização in vitro e in vivo, sendo estes fatores essenciais para produção de nanobiomateriais, visando aplicações ósseo-regenerativas.

Historicamente, o alumínio tem sido o principal material usado na fabricação de aeronaves. Porém, os requisitos de peso e rigidez estrutural evoluíram de tal maneira que superaram a capacidade das convencionais ligas de alumínio. Como uma solução para suprir a grande exigência, a utilização de materiais compósitos vem sendo crescentemente adotada; caracterizando a maior revolução técnica desde o aparecimento do motor a jato, segundo muitos autores. Apesar da superioridade técnica já ser reconhecida há algumas décadas, a utilização de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas era desmotivada pelo alto custo do material quando comparado com o alumínio. No entanto, o domínio da tecnologia de fabricação destes materiais também evoluiu causando uma considerável queda no preço de aquisição de tal matéria-prima. Além disso, como resultado de inúmeras pesquisas, avanços na automação da produção de estruturas em material compósito também fizeram com que o custo de fabricação caísse. Logo, a substituição das convencionais estruturas primárias de ligas metálicas por estruturas de material compósito está se mostrando bastante viável. É nesse contexto que este trabalho insere-se: uma asa de fibra de carbono é projetada em substituição a asa metálica de um "Very Light Jet"; além da convencional atenção com a redução de peso trazida pelo emprego do novo material, aspectos financeiros também são abordados visando mostrar se tal substituição é viável não só tecnicamente como também economicamente.

Esta dissertação apresenta o projeto preliminar e a análise estrutural por elementos finitos de uma roda em fibra de carbono com perfil aerodinâmico de uma aeronave da categoria jato regional, juntamente com seus componentes, como rolamentos e chavetas de transmissão de força de frenagem. Será descrito o perfil aerodinâmico das hélices, assim como a geometria da roda e os materiais selecionados. Considerações térmicas e aerodinâmicas a respeito da roda também serão levadas em conta, assim como um pré-dimensionamento do freio. Este projeto tem como diretrizes principais os requisitos FAR/JAR/RBHA 21 e 25. O carregamento aplicado nas análises leva em conta o peso da aeronave, cargas de frenagem e aspectos pontuais, assim como as cargas nas abas da roda. A análise por elementos finitos usa ferramentas computacionais para o projeto da roda, para a geração da sua malha (CATIA V5R16), para o processamento dos dados (NASTRAN e CATIA V5R16) e análise dos resultados (NASTRAN e CATIA V5R16), obtendo assim os valores preliminares das tensões, índices de falha e suas margens de segurança.

Na atualidade há uma busca por novos materiais para a fabricação da estrutura das aeronaves como meio de gerar melhorias tanto na manufatura como na manutenção das mesmas. Os materiais compostos, entre eles os compósitos de fibra de carbono, são materiais que acrescentam as características esperadas quando comparados aos metais. Contudo, os materiais compostos não são bons condutores de eletricidade e desta forma uma atenção deve ser dada para as conseqüências de incidências de descargas atmosféricas em aviões que são constituídos destes materiais. Este trabalho avalia a ocorrência de centelhamento em junções de compósito de fibra de carbono encontradas nas asas de uma aeronave quando da passagem de uma corrente de alta intensidade proveniente de uma incidência direta de uma descarga atmosférica. Para alcançar os resultados desejados os parâmetros da corrente de descarga são avaliados na teoria e na prática.