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Previous issue date: 2017-11-30 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico (CNPq) / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / Materiais comp?sitos de matriz polim?rica refor?ados com fibras de carbono utilizados em estruturas aeron?uticas e aeroespaciais est?o frequentemente sujeitos ? carregamentos c?clicos e condi??es ambientais de temperatura e umidade, que podem provocar degrada??o e at? a falha do componente. O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos do envelhecimento sob exposi??o a temperatura at? 160?C e ? umidade nos mecanismos de dano de comp?sitos carbono/ep?xi submetidos a carregamento c?clico. Um estudo preliminar de envelhecimento acelerado foi inicialmente realizado em comp?sitos unidirecionais AS4/8552 com ciclo exposi??o de 8 h de radia??o UVA-340 a 80?C seguidas de 4 h de condensa??o a 50?C, at? atingir o tempo total de 2.160 h. Os efeitos do envelhecimento do material foram evidenciados pela perda de massa, exposi??o das fibras, altera??es qu?micas, aumento da densidade de trincas em testes de cisalhamento interlaminar e flambagem das fibras em amostras fraturadas em testes de compress?o, embora n?o tenham sido observadas altera??es significativas nas propriedades mec?nicas do material. Com base neste trabalho preliminar, um estudo foi realizado em laminados [02/902]s do mesmo material, utilizando ciclo de exposi??o de 8 h a 160 ?C seguidas de 4 h com umidade relativa de 80% a 70 ?C, at? atingir o tempo total de 2.880 h. Em seguida, as amostras foram submetidas a ensaios de fadiga com controle de carga, com raz?o de tens?es R = 0,1 e frequ?ncia de 5 Hz. Os comp?sitos foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), an?lise din?mico mec?nica (DMA), microscopia eletr?nica de varredura (MEV) e varia??o de massa, antes e ap?s a exposi??o higrot?rmica. Amostras de ep?xi puro 8552 foram tamb?m expostas as mesmas condi??es de envelhecimento e caracterizadas por microscopia ?tica (MO), espectroscopia FTIR e varia??o de massa. A partir dos diagramas de vida em fadiga, uma fun??o de deslocamento (shift) foi proposta para a previs?o de n?mero de ciclos para falha de comp?sitos envelhecidos com base em dados de testes de fadiga em comp?sitos n?o envelhecidos. O estudo tamb?m mostrou que a falha por fratura pode n?o ser o melhor par?metro para avalia??o do efeito do envelhecimento higrot?rmico na vida em fadiga de materiais comp?sitos de matriz polim?rica refor?ados com fibras de carbono. Outros par?metros como delamina??o e satura??o de trincas s?o tamb?m essenciais para avaliar a durabilidade desses materiais comp?sitos. / Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites used in aeronautic and aerospace structures are often exposed to cyclic loading and environmental effects such as temperature and humidity, which can lead to degradation and failure of the component. The objective of this work was to study the effects of aging under exposure to temperature up to 160?C and humidity on the damage mechanisms of carbon/epoxy composites subjected to cyclic loading. Initially, a preliminary accelerated aging study was conducted with unidirectional AS4/8552 samples using an exposure cycle of 8 h of UVA-340 at 80 ?C followed by 4 h of condensation at 80 ?C, for a total exposure period of 2,160 h. The effects of aging were evidenced by weight loss, fiber exposure, chemical changes, increased crack density in interlaminar shear strength tests, and fiber buckling in fractured samples after compression tests, even though no significant changes mechanical properties were observed. Based on this preliminary work, a study was conducted on [02/902]s laminates of the same material, using an exposure cycle of 8 h at 160 ?C followed by 4 h of 80% relative humidity at 70 ?C, for a total exposure period of 2,880 h. Afterwards, stress-controlled tension-tension fatigue tests were conducted using a stress ratio R = 0.1 and frequency of 5 Hz. Composites were characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Dynamic Mechanical Analysis (DMA), Scanning Electron Microscopy (SEM) and weight change, before and after hygrothermal exposure. Samples of plain epoxy 8552 were also exposed to the same aging conditions and characterized by optical microscopy (OM), FTIR spectroscopy and weight change. Based on the fatigue life diagrams, a shift function was proposed for the prediction of number of cycles to failure of aged composites based on data from unaged specimens. The study also showed that failure by fracture may not be the best parameter to evaluate the effect of hygrothermal aging on fatigue life of carbon fiber reinforced polymer composites. Other parameters such as delamination and crack saturation are also essential to assess durability of these composites.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufrn.br:123456789/24786 |
| Date | 30 November 2017 |
| Creators | Fulco, Ana Paula Pereira |
| Contributors | 46660640444, Barbosa, Ana Paula Cysne, 04561659676, Cimini J?nior, Carlos Alberto, 42303869668, Levy Neto, Flaminio, 80101879849, Freire J?nior, Raimundo Carlos Silverio, 02306444498, Melo, Jos? Daniel Diniz |
| Publisher | PROGRAMA DE P?S-GRADUA??O EM CI?NCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS, UFRN, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFRN, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte, instacron:UFRN |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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