Materiais absorvedores de radiação eletromagnética são constituídos por compostos que proporcionam significativas perdas de energia. Dentre eles pode-se citar as ferritas, cujas propriedades são dependentes de sua microestrutura a qual, por sua vez, depende das condições de processamento do material. Neste trabalho foi usado o método dos precursores poliméricos na síntese de ferritas de zinco e cobre, de composição geral MexFe3-xO4 (Me = Cu ou Zn e 0,001 x 0,50) e caracterização físico-química foi realizada para avaliar a aplicabilidade destes materiais como centros absorvedores de radiação eletromagnética. As análises por FT-IR e DRX mostraram a formação das ferritas, tendo-se observado que, para a ferrita de zinco, a fase majoritária encontrada foi a ZnFe2O4 (franklinita), enquanto que para a de cobre, a fase majoritária foi a -Fe2O3 (hematita), com menor formação da fase CuFe2O4 (ferrita de cobre). A elevação da temperatura de tratamento térmico aumentou o tamanho das partículas de todas as formulações de ferritas. A micrografia dos pós mostrou partículas muito pequenas em forma de aglomerados, especialmente devido à sinterização da fase hematita, presente em todas as amostras. Os pós de formulação Cu0,5Fe2,5O4 e Zn0,5Fe2,5O4 calcinados a 900C/3h também mostraram melhores resultados para a medida de refletividade, com valores máximos de atenuação da radiação de -2,42 dB (42,7%) e -2,48 dB (43,5%) em frequência de 8,2 GHz, para as ferritas de Cu e Zn respectivamente, e se apresentam como melhores candidatos a materiais absorvedores de radiação eletromagnética, possivelmente devido à maior cristalinidade do material associada ao menor tamanho das partículas obtidas. Além disso, observou-se que as amostras que apresentaram sinterização da hematita apresentaram maior tamanho de aglomerados associado à menor resposta nos ensaios de refletividade. Pode-se concluir, portanto, que a presença de hematita não inviabiliza o uso das ferritas como centros absorvedores de radiação eletromagnética, no entanto a densificação do material por sinterização da hematita deve ser evitada.

Nessa dissertação um estudo numérico e experimental da tenacidade à fratura intralaminar em modo I de um laminado composto é apresentada usando-se CDP do tipo Compact Tension (CT). Cinco métodos de redução de dados são usados; Método das Áreas, Método da Calibração pela Compliância (CC), Método da Integral-J, Método ASTM E399-90 e Método da Calibração pela Compliância Modificado (MCC). A limitação da norma ASTME399-90 para materiais ortotrópicos foi apresentada e uma nova função de correção geométrica foi proposta através do uso do método numérico da Integral-J. A metodologia MCC mostrou-se eficaz na geração de comprimentos de trincas equivalentes baseados na compliância experimental obtida. As diferenças entre os métodos foram apresentadas e as vantagens e desvantagens foram discutidas. A análise fractográfica pela Microscopia Eletrônica de Varredura revelou a presença de fiber-pull-out como o principal mecanismo e a existência de fibras longitudinais rompidas. A análise também mostrou vazios e áreas ricas em resina na microestrutura do laminado o que reflete no processo de fabricação usado e nas propriedades mecânicas obtidas.

A utilização de materiais compósitos tem aumentado em alguns setores, principalmente no setor aeroespacial, pois este tipo de material alia alta resistência e leveza. No processo de fabricação podem ocorrer falhas e com isso são geradas descontinuidades nos materiais produzidos. O surgimento desse tipo de problema leva à necessidade de inspeção dos produtos fabricados. O ultrassom entra como ferramenta de avaliação do dano, capaz de constatar por meio de seus mapas qual é a extensão do dano, possibilitando a obtenção do raio equivalente. O trabalho correlaciona resultados obtidos em ensaios de ultrassom com ensaios de compressão após impacto, com dois critérios de falha: Whitney-Nuismer e Mar-Lin. Foram utilizados dois tipos de laminados com duas diferentes espessuras, que foram fabricados com laminado tipo tecido. Os resultados foram baseados nos dois critérios de falha utilizados, Whitney-Nuismer e Mar-Lin, e comparados com os resultados dos ensaios experimentais de ultrassom e compressão realizados. A proposta de utilização dos métodos para estimar a resistência residual das placas apresenta bons resultados, podendo ser utilizado em campo para avaliação de peças danificadas.

Compósitos híbridos polímero/cerâmica têm sido bastante utilizados em painéis de blindagem balística por serem materiais que possuem capacidade de absorver impactos de alta velocidade. A eficiência de absorver impactos sucessivos e a extensão dos danos colaterais do impacto está relacionada a diversos fatores entre eles, um que tem um papel fundamental, é a interface da camada cerâmica com a camada polimérica. A natureza do adesivo utilizado e das interações estabelecidas, aliada a força de adesão e, as morfologias da camada interfacial, entre outras variáveis, podem determinar a intensidade da propagação de energia residual. Estes fatos podem afetar os modos de fragmentação da cerâmica, a capacidade do material resistir a um segundo impacto e, sobretudo interferir no tamanho e na geometria do cone residual resultante da deformação plástica da camada polimérica. Neste trabalho, analisa-se a influência da interface adesiva no desempenho balístico de materiais híbridos constituídos de compósito de fibras de polietileno de ultra-alta massa molar (UHMWPE) /matriz polimérica (Dyneema ), tecido de fibras de aramida (Kevlar ) e a cerâmica alumina. São avaliados adesivos de natureza química distinta, à base de poliuretano, epóxi e silano. A alumina é preparada e caracterizada por ensaios de massa específica, resistência à flexão, dureza Vickers, difração de raios X e Microscopia eletrônica de varredura (MEV), cujos resultados indicam que a mesma possui propriedades adequadas para aplicação balística. A caracterização da interface adesiva é realizada por meio do teste de resistência ao despelamento (T-Peel) e a superfície pós-teste é caracterizada por microscopia óptica e espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR). Estes testes ressaltam que no compósito utilizando Dyneema , a resistência ao despelamento foi parecida para todos os adesivos utilizados indicando que o rompimento ocorre entre as camadas do substrato polimérico. Já para as amostras com Kevlar , o adesivo PU hot melt apresenta maior adesão enquanto que o adesivo a base de silano é o menos eficiente dentre os utilizados. Ensaios balísticos foram realizados em painéis montados com adesivos selecionados no ensaio de adesão: PU hot melt (maior aderência), silano (menor aderência) e epóxi (intermediária). O desempenho dos painéis balísticos, no que diz respeito à extensão dos danos colaterais, varia de acordo com os adesivos utilizados. A força adesiva, assim como a rigidez do adesivo, influencia na transferência de energia de impacto e consequentemente nas dimensões da deformação da camada posterior e na integridade da placa cerâmica adjacente à que sofreu o impacto.

O aumento da utilização de compósitos em aplicações estruturais leva ao questionamento sobre a durabilidade desses materiais quando expostos às diversas condições impostas pela natureza. O uso em ambientes agressivos pode provocar a degradação de materiais poliméricos, assim como da interface fibra/matriz de compósitos, causada pela umidade, radiação ultravioleta (UV), choque térmico, etc. O objetivo deste trabalho é avaliar como o intemperismo, simulado em câmaras climáticas, afeta os desempenhos térmico e mecânico de compósitos de PEI/fibras de carbono. Para atingir este objetivo, neste trabalho, utilizou-se tanto a avaliação a partir da cinética de degradação, quanto diferentes condicionamentos ambientais. Desta forma, análises dinâmico-mecânicas (DMA), de cisalhamento interlaminar (ILSS) e ensaios não destrutivos foram realizados nos laminados antes e após serem submetidos aos condicionamentos higrotérmico, por radiação UV e por choque térmico. As amostras envelhecidas higrotermicamente sofreram reduções na temperatura de transição vítrea e no módulo elástico promovidas pela plasticização. A fotoxidação, induzida pela radiação ultravioleta, é apenas superficial. O choque térmico gera a formação de uma tensão reversível na região interfacial. Os resultados revelam que os compósitos de PEI/fibras de carbono podem ser utilizados em componentes externos de aeronaves.

O trabalho aborda os procedimentos experimentais necessários para o desenvolvimento de uma técnica de fabricação de um olhal em materiais compósitos via moldagem por transferência de resina (Resin Transfer Molding - RTM) e a metodologia de análise, utilizando elementos finitos, que permite simular o comportamento deste tipo de componentes estruturais até a falha catastrófica. Os objetivos do trabalho são: desenvolver uma metodologia de fabricação de um olhal laminado espesso, obter os valores da carga de falha nos ensaios e correlacioná-los com os resultados obtidos no modelo numérico proposto. Na parte experimental, foram fabricados e realizados os ensaios de bearing nos olhais, simulando as condições de contorno e de carregamento para obter a carga de falha do componente. Estabeleceram-se o projeto e fabricação do molde, o projeto e a fabricação dos mecanismos de ensaio, a instrumentação dos corpos de prova (olhais), a metodologia de aquisição de dados e a análise dos resultados obtidos. Na parte numérica, em primeira instância, realizou-se uma análise simplificada do corpo de prova, utilizando elementos finitos, com o intuito de definir uma espessura ideal para um valor de carregamento preestabelecido pelo envelope de cargas da aeronave. Posteriormente foi realizada uma série de análises numéricas, simulando a iniciação e propagação de trincas e, consequentemente, a falha estrutural do componente, no programa de elementos finitos ABAQUS/Explicit, utilizando um modelo de falha baseado na mecânica contínua do dano, com a finalidade de obter resultados que representem os valores experimentais. Os resultados obtidos nos ensaios experimentais demonstram que o modelo numérico representa o comportamento estrutural do olhal quando sujeito às condições de contorno propostas, quando comparado os resultados das curvas de carga versus deformação.

Neste trabalho foi realizado um estudo numérico e experimental da resistência ao impacto de laminados compósitos carbono/epóxi quando sujeitos aos efeitos da curvatura e pressão interna simultaneamente. Este projeto pode ser dividido em três partes principais: (i) Desenvolvimento de modelos numéricos que permitam prever o comportamento de cascas laminadas internamente pressurizadas sujeitas a cargas de impacto; (ii) Projeto, fabricação e integração de um câmara de pressurização à torre de impacto em queda-livre disponível no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA; e (iii) os ensaios de impacto com diferentes curvaturas e níveis de pressurização interna para validação dos modelos numéricos. Os modelos numéricos foram desenvolvidos utilizando o ABAQUS 6.10-1 no modo "Dynamic Explicit" sendo considerada a degradação do material e seus modos de falha através do uso de modelos constitutivos de dano. O carregamento de impacto no corpo de prova (CDP) foi aplicado utilizando uma torre de impacto em queda livre instrumentada e existente no Laboratório de Estruturas Aeroespaciais do ITA. A partir dos resultados experimentais os modelos numéricos foram validados. Com base nos resultados encontrados ficou clara a importância de se considerar modos de falha como delaminação e a pressurização interna para uma representação numérica qualitativa de estruturas aeronáuticas de material compósito sujeitas a carregamentos de impacto.

Recentemente, nanotubos de carbono (CNTs), em especial os funcionalizados, têm sido adicionados em matrizes epóxi devido às suas extraordinárias propriedades mecânicas, elétricas e térmicas. Entretanto, não está claro como os nanotubos, funcionalizados ou não, influenciam o processo de cura da resina epóxi. Assim, o objetivo deste trabalho é estudar a influência de CNTs, funcionalizados ou não, no processo de cura da resina epóxi, utilizando em especial a técnica de espectroscopia de luminescência, associada a outras técnicas mais convencionais. Os CNTs foram purificados por meio de tratamento térmico a 1800 C a vácuo (CNT-TT), com posterior tratamento com ácido (CNT-Ac). Após esses tratamentos, os nanotubos foram também funcionalizados com grupos amina (CNT-Am). A purificação e as funcionalizações foram realizadas com sucesso (mostrado por TGA, FT-IR e XPS). Além disso, o tratamento térmico gerou CNTs com menor quantidade de defeitos (mostrado por espectroscopia Raman). Análises de MEV/FEG mostraram que os CNT-TT e CNT-Ac apresentam-se alinhados um em relação ao outro, ao contrário dos CNT-Am. A superfície de fratura do compósito preparado com CNT-Am mostrou ser a mais homogênea e os componentes com maior adesão. Este mesmo compósito também apresentou os maiores valores de módulo de armazenamento, E. A reação de cura mostrou ocorrer de forma mais acelerada nos compósitos preparados com CNT-TT e CNT-Ac, em relação à resina pura e ao compósito com CNT-Am. A entalpia de cura foi maior para estas duas amostras, assim como os valores de grau de cura obtidos por luminescência. Isto pode ser explicado devido à presença de ferro e de grupos OH nestes CNTs, que podem agir como catalisadores da reação de cura. Além disso, estas duas amostras são as mais heterogêneas e com maior alinhamento dos CNTs, o que pode aumentar a condutividade térmica destes compósitos. A reação de cura estudada por FT-IR mostrou maior velocidade no início da reação para a amostra com CNT-Am, em relação à resina pura, explicada pela participação dos grupos amina ligados aos CNTs na reação de cura. A espectroscopia Raman mostrou maiores valores de intensidade de cura para os compósitos em relação à resina pura, porém mostrou grande interferência da fluorescência das amostras. A espectroscopia de luminescência permitiu acompanhar a reação de cura até tempos maiores do que as análises de DSC e FT-IR.

O presente trabalho descreve análises numéricas e experimentais do comportamento estrutural de painéis laminados no regime de pós-flambagem. O objetivo e principal contribuição original deste trabalho é o desenvolvimento de metodologias de análise para o projeto de painéis reforçados de materiais compósitos para aplicações aeronáuticas. Um conjunto de painéis laminados reforçados foi testado estaticamente em compressão pura e flexão em sete pontos até a falha catastrófica para caracterizar a influencia da imperfeição na colagem da interface painel-reforçador na delaminação desta interface no regime de pós-flambagem. Uma análise numérica do painel reforçado que considera não linearidade geométrica e do material foi desenvolvida e validada para os diferentes casos de imperfeição na interface. O modelo de dano é baseado na Mecânica de Dano do Continuo combinado com uma lógica de contato. O modelo foi implementado no software ABAQUS com um procedimento de análise via relaxação dinâmica. Este trabalho também apresenta estudo numérico-experimental detalhado da variação das frequencias naturais e modos de vibração de um painel plano de alumínio sujeito a carregamento compressivo no regime de pré e pós-flambagem. Uma metodologia experimental robusta via caracterização da matriz de flexibilidade do sistema é proposta e validada. Diversos modelos de elementos finitos com diferentes metodologias de solução foram desenvolvidos e comparados com os resultados experimentais. Não linearidade geométrica, imperfeição geométrica e efeitos de condições de contorno também são tratados. Embora o estudo dinâmico no regime da pós-flambagem, seja baseado numa placa de alumínio, a metodologia numérico-experimental desenvolvida e validada é bastante geral e pode ser aplicada da mesma maneira para painéis de materiais compósitos.

A evolução dos métodos de ignição das munições eleva o poder dos armamentos a altíssimos níveis nunca antes vistos, o que possibilita um agrupamento de impactos, quase todos num mesmo ponto. Estas verdadeiras "armas do futuro" apontam para a necessidade de "blindagens do futuro", com propriedades de alta retenção e de resistência prolongada, o que significa produzir blindagens com a capacidade de reter múltiplos disparos, em áreas cada vez menores. "Blindagens Compostas" vão ao encontro desta necessidade, pois sendo a combinação sequenciada de materiais cerâmicos, ligas metálicas e polímeros que compõe sofisticados sistemas capazes de neutralizar total ou parcialmente a ação de munições de alto poder de penetração e elevado nível energético com um mínimo de espessura, peso e custo. O objetivo deste trabalho é a concepção de uma blindagem composta de alta eficiência para a absorção da energia de impacto de uma munição 0,50" AP-M2. Neste estudo foram levados em consideração os tipos de materiais cerâmicos, metálicos e poliméricos disponíveis no mercado que atendam os requisitos aeronáuticos para se obter um conjunto que possua baixo peso e espessura e que melhor se adapte a estrutura de uma aeronave militar. Para a determinação do melhor conjunto de materiais que retenha a munição com eficiência foram preparados 7 CDPs com diferentes configurações utilizando materiais comercialmente disponíveis. Estes ensaios balísticos foram realizados de acordo com as normas MIL-PRF-46103E, Type III, Class 2C no laboratório de da Companhia Brasileira de Cartuchos (CBC), Brasil. Para a determinação da menor espessura e do menor peso foi realizado uma segunda etapa de ensaios onde 6 CDPs com diferentes configurações foram testados conforme MIL-PRF-46103E, Type III, Class 2B no laboratório Beschussamt Mellrichstadt, em Mellrichstadt, Alemanha. Nesta etapa de estudos também foram verificados a influência da resistência da blindagem, em função do local em que os blocos cerâmicos foram atingidos. Os resultados obtidos indicam que a configuração que demonstrou melhor desempenho foi a composição "J" com camada cerâmica de Carbeto de Silício do Tipo "T" e camada polimérica feita em Polietileno de Ultra Alta Massa Molecular (UHMW-PE), sendo capaz de deter os projeteis nas três posições: central e nas juntas em "T" e em "I".