Análise estatística da vida em fadiga de compósitos estruturais pela distribuição de Weibull

Abstract

Nowadays technological trend is based on finding materials that could support low weight with satisfactory mechanical properties and for this reason composite material became a very attractive topic in research projects all over the world. Due to its heterogenic properties, this type of material shows scatter in mechanical test results, especially in cyclic loading. Therefore it is important to predict its fatigue strength behaviour by statistic analysis, once fatigue causes approximately 90% of the failure in structural components. The present work aimed to investigate the fatigue behaviour of the Twill/Cycom 890 composite, which is carbon fiber reinforced with polymeric resin as matrix and manufactured via RTM process (Resin Transfer Molding). All samples were tested in different tensile level in triplicate in order to associate these values. The statistical analysis was conducted with Two-Parameter Weibull Distribution and then evaluated the fatigue life results for the composite. Weibull graphics were used to determine the scale and shape parameters. The S-N curve for the Twill/Cycom composite was drawn and indicated the number of cycles to occur the first damages in this material. The probability of failure was associated with material reliability, as shown in graphics for the different tensile levels and fatigue life. In addition, the laminate was evaluated by ultrasonic inspection showing a regular impregnation. The fractographic analysis conducted by SEM showed failure mechanisms for polymeric composites associated to cyclic loadings ... (Complete abstract click electronic access below)

A evolução tecnológica busca materiais capazes de associar baixo peso com propriedades mecânicas satisfatórias, o que tornou a classe de materiais compósitos muito atraente e incentivou a formação de relevantes linhas de pesquisas. Devido à sua natureza heterogênea, esta classe de materiais apresenta dispersão em resultados de ensaios, principalmente mecânicos, sendo a dispersão dos resultados de resistência à fadiga muito frequentes. Por isso é importante prever a resistência à fadiga por meio de análise estatística, já que carregamentos cíclicos causam mais de 90% das falhas estruturais. O presente trabalho visou investigar o comportamento em fadiga do compósito Twill/Cycom 890, formado por resina polimérica e reforçado com fibra de carbono processado via RTM (moldagem por transferência de resina). As amostras do laminado foram submetidas a diferentes tensões em triplicata a fim de estabelecer uma relação entre estes valores. A análise estatística foi realizada pela distribuição de Weibull de dois parâmetros e permitiu avaliar os resultados da vida em fadiga para o compósito em questão. Com os gráficos de Weibull determinaram-se os parâmetros de forma e escala de Weibull. A curva S-N para o compósito Twill/Cycom foi determinada e indicam o número de ciclos para os primeiros danos no material. A probabilidade de falha foi relacionada com a confiabilidade do material, em gráficos para distintos níveis de tensão e vida em fadiga. O processamento por RTM foi avaliado através da inspeção ultrassônica como análise adicional. A análise fractográfica pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) e indicou os mecanismos de falha que ocorrem em compósitos poliméricos quando estes são submetidos a carregamento cíclico ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)