Estudo do efeito da percentagem de fibra na resistência à fadiga de compósitos de fibra curta carbono / epóxi

Abstract

Este estudo realizado na Faculdade de Ciências e Tecnologias da Universidade de Coimbra em colaboração com o Instituto Politécnico de Leiria, tem como objetivo a análise do comportamento à fadiga de materiais compósitos, compostos por uma matriz de resina epóxi reforçado com fibras curtas de carbono (com cumprimento típico de 0,5mm).Este material foi estudado com 5 percentagens volúmicas de fibra; 100% Resina epóxi; 5%, 10%, 15%, 17,5% e 20% de fibra de carbono.O estudo do comportamento à fadiga foi realizado com base nas curvas de resistência (S-N), a analise da rugosidade superficial, porosidade e densidade dos materiais e parâmetros de dano: perda de rigidez e energia de histerese. Para isto, foram realizadas medições de densidade e de rugosidade superficial de modo a relacionar o comportamento à fadiga com o acabamento superficial e com as porosidades.Concluiu-se que os materiais testados tinham algumas flutuações de densidade, devido a defeitos internos como porosidades, e que estas flutuações de densidade têm grande influencia na resistência à fadiga. Concluiu-se também que o acabamento superficial, para o nível de rugosidades ensaiadas, não tem impacto na resistência à fadiga.O comportamento à tração altera-se com a adição de fibra ao material usado como matriz, tendo as series de maior percentagem de fibra um comportamento de fratura tipicamente frágil e a resina epóxi, que tem comportamento fratura dúctil. Já o comportamento à fadiga de todas as séries ensaiadas é idêntico tendo as curvas S-N declives idênticos.Tanto a resistência à fadiga como à tração, tende a aumentar com o volume de fibra, atingindo-se o máximo de eficiência do reforço para a série de 17,5%.

This study, carried out at the Faculty of Sciences and Technologies of the University of Coimbra, in collaboration with the Polytechnic Institute of Leiria, has the objective of analyzing the fatigue behavior of composite materials composed of an epoxy resin matrix reinforced with short carbon fibers typical compliance of 0.5mm).This material was studied with 5 percentages of fiber; 100% Epoxy resin; 5%, 10%, 15%, 17.5 and 20% of carbon fiber.The study of the fatigue behavior was performed based on the curves of resistance (S-N), analysis of surface roughness, porosity and density of materials and damage parameters: loss of stiffness and hysteresis energy. For this, density and surface roughness measurements were performed to correlate fatigue behavior with surface finish and porosity.It was concluded that the materials tested had some density fluctuations, due to internal defects as porosities, and that these density fluctuations have profound influence on fatigue strength. It was also concluded that the surface finish, for the level of rugosities tested, has no impact on the fatigue resistance.The tensile behavior changes with the addition of fiber to the material used as a matrix, with the higher fiber series having a typically brittle fracture behavior and the epoxy resin, which has a ductile fracture behavior. The fatigue behavior of all the series tested is identical, with the slopes S-N slopes identical.Both the fatigue strength and the tensile strength tend to increase with the fiber volume, reaching the maximum reinforcement efficiency for the 17.5% series.