Os materiais compósitos são descritos por duas definições, características micro e macromecânicas. A primeira declara as propriedades do laminado como frações volumétricas da matriz e das fibras. Um material deve ter sua rigidez definida e este é o objetivo das propriedades micromecânicas. Este processo é bastante simples para laminados unidirecionais, pois todas as camadas estão nas mesmas direções. Assim, no caso de laminados em diferentes direções, cada laminado deve ser devidamente caracterizado. Ou seja, a definição dos diferentes laminados e sua sequência de empilhamento para construir a matriz de rigidez de todo o laminado. Os laminados unidirecionais são pouco utilizados no automobilismo, por isso os artigos a seguir descreverão principalmente os laminados multidirecionais.

Portanto, é necessário entender que os laminados usuais são definidos em termos de orientações das camadas. As fibras estão dispostas em ângulos diferentes. Esta é uma espécie de etapa de transição entre a micro e a macromecânica, pois se inicia pela análise de um único constituinte (fibras e matriz), suas propriedades e quantidades, enquanto a previsão do comportamento do laminado considera as diferentes orientações de cada camada. Os constituintes do laminado ou lâmina são a matriz e as fibras. Este é o componente que proporciona as propriedades mecânicas parciais do laminado. As fibras são responsáveis ​​pela rigidez mecânica, pelo suporte de carga e, com maior influência, pela resistência do laminado. Outro aspecto importante em relação às fibras é o controle da deformação. Todos esses aspectos dependem fortemente da direção da carga. Em termos de matriz, sua principal função é a transferência de carga entre as fibras. É isso que faz com que os materiais compósitos funcionem corretamente. Além disso, a matriz também é responsável pela proteção das fibras contra agentes externos, umidade e intrusões. Normalmente, a matriz é testada para avaliar sua capacidade de transferência de carga. Outros dois aspectos importantes em relação às matrizes é que elas tratam da tenacidade do laminado e da resistência à fadiga.

Heterogeneidade, anisotropia e ortotropia são características desejadas em materiais compósitos. A primeira afirma que diferentes posições do laminado apresentam diferentes propriedades mecânicas. Por outras palavras, as propriedades mecânicas são uma função da posição ao longo do laminado. A anisotropia define que as propriedades mecânicas podem variar se o material for carregado paralelamente ou ortogonalmente à direção da fibra. Similarmente, a ortotropia é uma propriedade do laminado que afirma que as propriedades do material compósito variam fortemente de acordo com direções ortogonais.

As constantes de engenharia são definidas de acordo com as principais direções do material. Esta é a direção relativa à orientação da fibra, normalmente definida como a direção longitudinal. A direção 2 é chamada de transversal, é ortogonal à orientação da fibra. Esta é a base para a definição das propriedades de engenharia como módulo de Young, módulo de cisalhamento e índice de Poisson. Assim, é possível caracterizar completamente o material quando são definidas tensões longitudinais, transversais, tensões de cisalhamento, parâmetros interlaminares e no plano. Eles são estimados por experimentos que utilizam cargas e deformações para encontrar a deformação.

Referências

Este artigo foi baseado nas notas de aula escritas pelo autor durante o Projeto de Estruturas Compostas para Carros de Corrida cursado na Unimore.