Efeito das descargas elétricas no comportamento viscoelástico de CFRP

Abstract

O uso de materiais compósitos tem tido um aumento crescente, devido às suas propriedades mecânicas melhoradas pela união de dois materiais distintos, bastante requisitadas nas diversas áreas de engenharia. No entanto, estes materiais podem estar sujeitos a degradações e solicitações, que afetam a sua integridade estrutural. A presente dissertação apresenta como principal objetivo o estudo do comportamento viscoelástico de laminados de carbono/epóxi, após terem sido sujeitos a descargas elétricas, de diferentes intensidades durante diferentes tempos de exposição.As descargas elétricas, nas intensidades de corrente de 1 A e 3 A, promovem a degradação do material, que irá comprometer as propriedades iniciais dos laminados de carbono/epóxi. Recorrendo a ensaios de flexão em três pontos (3PB) e relaxação de tensões (SR), foi estudado o comportamento viscoelástico deste compósito. Na relaxação de tensões ir-se-á usar o modelo KWW (Kohlrausch-Williams-Watts), para modelar o comportamento de relaxação de tensões. Foi feita uma análise às amostras através de uma técnica de cariz não-destrutivo, C-Scan ultrassónico, antes e após solicitação, bem como visualizadas com microscópico ótico, para entender a degradação provocada.Os resultados são apresentados através de gráficos que descrevem o tipo de solicitação efetuada, em que são sempre comparadas as amostras degradadas com amostras controlo, isto é, amostras não degradadas. Através dos ensaios de 3PB, foi definida a tensão inicial a usar nos ensaios de SR, em função do tamanho das amostras.Foi possível confirmar que após as descargas elétricas, existe uma degradação, que depende da intensidade da corrente, do tempo de exposição e do tamanho da amostra, a qual tem influência na integridade estrutural do compósito. Verificou-se uma diminuição da tensão de rotura à flexão, para aumentos de tempo de exposição e intensidade de corrente. A relaxação de tensões foi igualmente afetada. O efeito do aumento da intensidade de corrente e do tempo provocou uma maior relaxação de tensões.

The use of composite materials has been increased, due to its improved mechanical properties by the union of two different materials, quite required in the different fields of engineering. However, these materials may be subject to degradations and stresses, which can affect the structural integrity of these.The present dissertation presents as principal goal to study the viscoelastic behavior of carbon/epoxy laminates, after submitted to electric discharges, of different intensities and different exposure times.Electrical discharges, with current intensity of 1 A and 3 A, promote material degradation, and this damage will compromise the initial properties of carbon/epoxy laminates. Using three-point bending (3PB) and stress relaxation (SR) tests, the viscoelastic behavior of this composite was studied. In stress relaxation, the KWW model (Kohlrausch-Williams-Watts) will be used as model for adjusting and predicting the results. Samples were analyzed through a non-destructive scanning technique, the ultrasonic C-Scan, before and after the tests, as well as visualized with optical microscopy, to understand the degradation provoked.The results are presented in graphs that describe the type of request made, where degraded samples are always compared with non-degraded control samples. Through the 3PB tests, the initial stress to be used in the SR tests was determined as a function of sample size.It was possible to confirm that after the electrical discharges a significant degradation was observed, which depends on the intensity of the current, the exposure time and the size of the degraded sample, which affected the structural integrity of the laminates. There was a decrease in bending rupture stress for increases in exposure time and current intensity. The stress relaxation was also affected. The effect of increasing current intensity and time caused a greater stress relaxation.