No artigo anterior (leia mais) foram resumidos os métodos de ensaio para avaliação do nível mecânico de compósitos. Existe outro nível, que as normas definem vários testes, que é o laminado. Avalia laminados feitos de enrolamento filamentar e pultrusão. Os principais ensaios são a tração axial, a compressão axial, o cisalhamento e os de torção. Este artigo fornece um resumo desses experimentos, seus objetivos e detalhes.

Teste a nível de laminado

Os ensaios explicados anteriormente são os de nível superior, esses são os principais ensaios de cisalhamento. O teste de tração fora do plano avalia uma amostra cilíndrica puxando-a para fora do plano. Este tipo de teste raramente é realizado, pois requer um ferramental bastante complexo. Contudo, este é o caso da pultrusão do material que está no laminado. No enrolamento filamentar, as amostras cilíndricas podem ser representativas do laminado, como em um recipiente de fabricação. Para esses materiais, a pultrusão é muitas vezes feita em perfis como caixas quadradas ou perfis de placas. Assim, é possível testá-los por pultrusão, flexão, compressão e cisalhamento. No caso do enrolamento filamentar existe apenas uma amostra circunferencial, pois esse formato é típico daquele sistema de produção. Portanto, existem ensaios que podem ser feitos através de tração axial, tensão circunferencial, compressão axial e cisalhamento por torção.

Teste de enrolamento de filamento: Tensão

O teste de tensão do enrolamento de filamento pode ser feito em amostras por teste axial. A Figura 1 ilustra o tipo de corpo de prova para este ensaio, trata-se da parede de um cilindro oco com regiões maiores nas extremidades. Esta é uma abordagem para ter a falha na região de comprimento livre no centro. Certamente, é necessária uma espécie de dispositivos de fixação de expansão, que são montados na amostra para expandi-la e colocá-la na máquina de ensaio de tração. Outra solução é algum tipo de apego vinculado. Neste caso, a tentativa a ser testada não foi encontrada em um laminado cilíndrico, devido à relação de colagem. Se este for dimensionado de forma diferente, com relação de colagem reduzida, é uma forma de testar um laminado cilíndrico. Isto testa o laminado enrolado com filamento na direção axial. O teste de tensão do enrolamento filamentar avalia o módulo de Young axial, a resistência axial e o índice de Poisson.

Teste de enrolamento de filamento: Hoop

Outro tipo de teste de enrolamento de filamento é o hoop. Este teste geralmente é para embarcações na direção do arco, que é a mais estressada. Portanto, este é um tipo de teste que utiliza um mandril com entrada para pressurização do corpo de prova. Isso geralmente é feito por pressurização hidráulica, com água ou algum tipo de óleo. Neste caso, é possível utilizar um extensômetro na deformação do aro. Em seguida, a tensão circular é calculada usando a teoria dos vasos de pressão. Finalmente, pode-se determinar o módulo e a resistência de Young circunferenciais.

Teste de enrolamento de filamento: Compressão

Também é possível testar sob compressão ao nível do laminado. Para o caso visto na Figura 3 é possível determinar o módulo de Young à compressão e a resistência axial. Neste caso, as placas são colocadas nas extremidades, estas são feitas de materiais macios. Geralmente é utilizado um polímero. Para o exemplo visto é utilizada uma placa epóxi. Isto permite distribuir melhor a carga proveniente desta placa de rolamento autocompensadora. Recomenda-se também a utilização de materiais macios para evitar o embate da estrutura nos pontos de aplicação.

Teste de enrolamento de filamento: Torção

Os testes de enrolamento filamentar também possuem um de torção, o que não é tão comum. A máquina utiliza corpos de prova cilíndricos plugados nas extremidades, em seguida é aplicada torção. Este teste é muito útil para verificar juntas coladas sob tensão e torção. Assim, é possível estimar o módulo de elasticidade e resistência à torção. Este último pode variar do cisalhamento no plano. Os corpos de prova são utilizados para laminados completos ou sub-laminados.

Testes de sub-elementos

Alguns testes são realizados em perfis complexos feitos de compósitos e subconjuntos, estes são chamados de testes de sub-elementos. Por exemplo, na área aeronáutica, estes testes são feitos para determinar a força de arrancamento do reforço. A Figura 5 ilustra um exemplo de reforço abaixo da pele. O objetivo é manter o skim unido sob as forças que atuam na fuselagem e a pressão interna. Os outros tipos de sub-elementos são as juntas. Os testes são o furo aberto, o rolamento do parafuso e a junta parafusada.

Teste de tensão em furo aberto (ASTM D5766)

O teste de furo aberto avalia o efeito de entalhe em uma amostra. Este tem um buraco no meio do seu comprimento livre. Assim, são testados corpos de prova com diferentes tamanhos de furos para determinar as características, isso é usado para fins de projeto. Na verdade, este teste simula uma região onde existe uma junta parafusada. Além disso, existe um furo na espessura do compósito para fazer os furos fixados entre os dois componentes.

Teste de rolamento de parafuso

O teste de mancal de parafuso é aquele realizado quando há necessidade de acessar a carga permitida no caso de uma ligação parafusada se soltar. Esta é uma situação em que a carga não é mais transmitida por atrito. Em geral, os parafusos são apertados para não deixá-los funcionar como obstáculo. Então, as peças unidas podem transmitir a carga por fricção. No entanto, se o parafuso estiver solto, não haverá atrito suficiente para transmitir a carga. Como resultado, as duas partes deslizarão uma sobre a outra, de modo que o parafuso funcionará como um obstáculo. Assim, quando há uma carga e um fixador, o parafuso pressiona o furo. Isso resulta em deformações que tendem a quebrar o material.

O teste de rolamento de parafuso (Figuras 7 e 8) permite fazer vários furos para realizar vários testes em apenas um corpo de prova. Além disso, permite estimar a carga admissível em termos de deformação do furo. Uma pequena deformação, cerca de 4% do diâmetro, é a que corresponde à carga do rolamento do parafuso. Este é outro valor necessário para validar uma junta aparafusada. O teste de rolamento do parafuso determina a carga na qual há uma deformação residual do furo, que é 4% do diâmetro do furo. Conseqüentemente, o tamanho do furo na direção da carga se expandirá em 4% do diâmetro inicial. Este é apenas um valor admissível, não é necessariamente a fração.

Referências

• Jenkins, C.H. Manual on Experimental Methods for Mechanical Testing of Composites. Edition 2, Society of Experimental Mechanics (SEM), 1998.