(1)Departamento de Engenharia Mecânica, Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Av. Antônio Carlos, 6627, Pampulha, Belo Horizonte, MG, cep: 31270-901
Palavras-chave: flexão, rigidez, sanduíche, material composto
Resumo
Já é clara a crescente importância que os materiais compostos estão adquirindo no mercado. O seu uso tem se expandido cada vez mais, uma vez que possuem notáveis propriedades mecânicas como elevada resistência, elevada rigidez, alta resistência a impactos e à fadiga, dilatação térmica reduzida, entre outras. Além disso, o processo manual de fabricação e a orientação das fibras em relação aos esforços proporcionam um pequeno desperdício de material.
A finalidade desta pesquisa é, a partir de ensaios de flexão, estabelecer um sanduíche de balsa e material composto que, aliando critérios de custo-benefício, seja capaz de suportar a carga máxima de ruptura com a menor deformação possível, ou seja, possua a maior rigidez.
Foram ensaiados três tipos de sanduíches. Para cada sanduíche foram preparados 4 corpos de prova de dimensões de 150 x 30 mm (Fig. 1):
- fibra de carbono / balsa (1/8") / fibra de carbono
- fibra de vidro / balsa (1/8") / fibra de vidro
- Kevlar® (fibra de aramida) / balsa (1/8") / Kevlar®
Todos os três tipos foram laminados com a resina
Araldyte LY5052 e catalisador (o procedimento para conformação está ilustrado na Fig. 2).
A tabela seguinte (Tabela 1) fornece informações sobre a espessura e a massa de cada
tipo de sanduíche.
Os ensaios foram realizados numa máquina Instron 4482 com os dispositivos adequados para teste de flexão em quatro pontos (2 barras circulares para a aplicação da carga sobre o corpo de prova e uma estrutura de apoio - conforme mostra a Fig.3), além de usar o programa Instron para aquisição simultânea de dados.
O corpo de prova foi posicionado no apoio de tal forma que 60% de seu comprimento estivesse compreendido entre os dois cutelos, e as duas barras circulares se posicionassem centralmente em relação aos mesmos, mantendo uma distância entre si que segue a proporção de 1/3 do comprimento compreendido entre os dois cutelos. Após todos esses acertos, a carga é aplicada (foi utilizada uma célula de carga de 100 kN) a uma taxa constante de 2mm/min.
Os resultados são apresentados nos gráficos (Força x Deslocamento) mostrados na Figura 4.
A Tabela 2 apresenta, para cada tipo de sanduíche, a carga máxima e a rigidez, além da razão dessas propriedades em relação à massa (propriedades específicas), importantes em nossa análise. A variação relativa da rigidez específica em termos percentuais está apresentada como uma complementação junto à rigidez/massa.
Analisando os resultados, percebemos que as relações entre carga máxima e massa, e entre rigidez e massa do sanduíche de balsa e fibra de carbono são as que melhor atendem ao proposto - suportar a carga máxima de ruptura com a menor deformação possível. Entretanto, considerações sobre o custo da fibra de carbono não podem ser desprezadas. Dos três tipos de fibra utilizadas nos ensaios, a fibra de carbono é a de maior custo (U$39,70/metro), seguida do Kevlar (U$17,33/metro) e, finalmente, da fibra de vidro (U$9,43/metro).
Agradecimentos: as autoras agradecem ao professor orientador - C.A. Cimini Jr. - pela confiança depositada, à prof. Maria Teresa P. Aguilar e ao Christian pelo suporte técnico do Laboratório de Ensaios Especiais, a Hexcel pelos tecidos de fibras, a Vantico pela resina e aos colegas pelo apoio e incentivo.
Referências:
ASTM - American Society for Testing and Materials, C393-62 - "Standard Test Method for Flexural Properties of Flat Sandwich constructions", 1988.
DANIEL, I.M. and ISHAI, O., Engineering Mechanics of Composite Materials, Oxford University Press, New York, 1994.