Avaliação do dano de placas de carbono epóxido submetidas a impacto

Abstract

Devido ao crescente uso de materiais compósitos em aplicações correntes que vão desde simples canetas à indústria aeronáutica, onde a utilização de materiais que associem leveza a elevada rigidez é um factor de capital importância, torna-se cada mais necessário saber até que ponto é que estes materiais suportam as solicitações a que vão ser sujeitos. Uma das solicitações mais críticas a que um material compósito pode ser sujeito é um impacto de baixa velocidade. Quando são submetidos a este tipo de impacto, os materiais podem aparentar não ter sofrido dano, por este não ser visível à vista desarmada, mas podem apresentar um dano significativo no seu interior. No caso de o defeito não ser detectado a tempo, o material pode ser deixado em funcionamento, ficando sujeito a solicitações que pode já não estar em condições de suportar. Devido à dificuldade de detecção de alguns defeitos em materiais compósitos, foram sendo desenvolvidos vários métodos de detecção de defeitos nestes materiais, entre os quais está o C-Scan ultra-sónico. Este sistema de detecção de defeitos é utilizado para fazer uma análise estrutural de materiais compósitos, pois os ultra-sons, ao propagarem-se no seu interior, permitem obter informação sobre a sua integridade. O C-Scan convencional, que usa como meio de acoplamento a água, é muito utilizado na análise não destrutiva de materiais compósitos pois, apesar das suas desvantagens, como o facto de necessitar de um meio de propagação, geralmente aquoso, apresenta algumas vantagens consideráveis para a inspecção deste tipo de materiais, como o facto de não reagir com os mesmos, ou o facto de permitir determinar a localização, a forma e o tamanho dos defeitos com um elevado grau de fiabilidade. O meio de acoplamento entre o transdutor e o material a inspeccionar é um factor muito importante, pois na análise por C-Scan ultra-sónico a eficiência da propagação do sinal depende directamente do meio no qual este se propaga. No entanto, devido ao crescente número de aplicações dos materiais compósitos, pode-se dar o caso de, por algum motivo, não ser possível ter o material a analisar em contacto com água, o que leva a que seja necessário desenvolver sistemas que não necessitem de água para poder realizar a inspecção, como é o caso de um sistema C-Scan no ar também utilizado neste trabalho. A principal motivação deste trabalho foi precisamente a comparação entre os resultados obtidos com ambos os sistemas (C-scan por imersão e C-scan no ar) no estudo de defeitos em materiais compósitos laminados sujeitos a impactos de baixa velocidade. Dado que o sistema C-Scan no ar funciona com uma frequência mais baixa do que o sistema C-Scan por imersão, e a frequência é uma das características com alguma importância na transmissão de sinal em sistemas ultra-sónicos.

Due to the increasing use of composite materials in current applications such as pens up to the aircraft industry, where the use of materials which combine lightweight with high stiffness is a factor of major importance, it becomes ever more necessary to know the extent to which these materials can withstand the stresses to which they will be subjected. One of the most critical solicitations that a composite material can be subjected to is a low-speed impact, since apparently the material may have not suffered damage, for not being visible to the naked eye but may present significant damage on the inside that if not detected in time can result in the material to be let in operation, being subjected to loads that it may no longer be able to withstand. Due to some difficulty in defect detection in composite materials, various methods have been developed to detect defects in these materials, among which is the ultrasonic C-scan. This system of defect detection is used to make a structural analysis of composite materials, because the propagation of ultrasounds on the inside, allow us to obtain information about its integrity. The conventional C-scan, which uses water as a means of coupling is widely used in non-destructive analysis of composite materials because, despite its disadvantages, such as requiring a medium of propagation, usually aqueous, it has some considerable advantages for the inspection of such materials, as not reacting with it, or allowing the determination of the location, shape and size of the defect with a high degree of reliability. The coupling medium between the transducer and the material to be inspected is a very important factor, since the efficiency of signal propagation in the analysis by ultrasonic CScan directly depends on the medium in which it propagates. However, due to the growing number of applications of composite materials, it may be the case that, for some reason, it is not possible to have the material to be analyzed into contact with water, which means that it is necessary to develop systems that do not require water in order to perform the inspection, as in the case of the C-scan system in the air also used in this work. The main motivation of this work was to precisely compare the results obtained with both systems (C-scan by immersion and C-scan in air) in the study of defects in laminated composites subjected to low velocity impact. Given that the airscan system operates at a lower frequency than the immersion C-scan, and the frequency is a characteristic of some importance in signal transmission in ultrasonic systems.