Resistência e tolerância a impacto transversal de baixa energia de um laminado híbrido metal/fibra

Abstract

A energia absorvida no impacto transversal do laminado híbrido metal/fibra Glare ® foi determinada por três diferentes métodos. O primeiro método utiliza um sofisticado aparato Laser-Doppler que registra a aceleração e a desaceleração do impactador ao longo do evento de choque mecânico por queda-de-peso, enquanto que o segundo se baseia apenas nos dados de carga de impacto contra o tempo de contato do impactador com o espécime. Já o terceiro método considera somente as velocidades do impactador pré-e pós-impacto. Concluiu-se que as duas primeiras metodologias geram resultados bastante similares entre si, com o material em geral absorvendo cerca de 70% da energia disponibilizada no impacto, enquanto que a terceira abordagem apresentou resultados excessivamente não-conservadores. As propriedades residuais em flexão dos laminados previamente danificados por impacto demonstraram que o módulo de elasticidade é o parâmetro mais confiável para a monitoração do grau de integridade estrutural do compósito híbrido.Palavras chaves: danos por impacto de baixa energia, laminado metal/fibra, material compósito. Low-Energy transverse impact resistance and tolerance of hybrid fiber/metal laminate ABSTRACTThe absorbed energy during the low-velocity transversal impact of hybrid metal/fiber Glare ™ laminate was determined by three different analytical methods. The first method employs a sophisticated Laser-Doppler apparatus that registers the acceleration and deceleration of the impact tup along the dropweight test, whereas the second one is based only on the impact load-time history. The third method relies solely on the pre-and post-impact velocity of the striker. It has been concluded that the first two methodologies produce very similar results, with the material generally absorbing approximately 70% of the available energy, while the third methodology generated unduly non-conservative results. Residual flexural properties of previously impact damaged laminate specimens showed that the modulus of elasticity is the most valuable parameter for structural integrity monitoring of the hybrid composite.Keywords: Composite material, fiber/metal laminate, low-energy impact damage. INTRODUÇÃO Laminados metal/fibraA classe dos laminados híbridos metal/fibra (LMF) foi concebida na década de 50 na Universidade Delft (Holanda), em parceria com a empresa aeronáutica holandesa Fokker [1]. Tipicamente, os LMFs são compostos por camadas de uma liga metálica (e.g., aço, ligas-Al, -Mg ou -Ti) intercaladas com camadas de fibras resistentes (e.g., vidro, aramida, carbono ou polipropileno) pré-impregnadas com resina (termorrígida ou termoplástica), conforme ilustra a Figura 1.

Caracterização de danos e resistência residual de um laminado híbrido metal/fibra após impactos repetidos de baixa energia

“…Diversos métodos analíticos foram previamente derivados [24] para a obtenção das energias consumida (absorvida -E a ) e elástica (recuperada -E r ) por espécimes de laminados metal/fibra submetidos a impacto único transversal com energias superiores a 1 Joule. Concluiu-se neste estudo recente que, nestas condições, o Método Laser-Doppler (LD) implica numa leve superestimativa de E a , se comparado ao Método padrão da Célula de Carga (CC), devido a eventuais deslocamentos laterais experimentados pelo impactador durante o estágio de rebote, ou ricocheteio do impactador.…”

“…Entretanto, os resultados mostraram claramente que, para baixas energias de impacto, menores que 1 Joule, há uma clara e inequívoca tendência da convergência de estimativa de valores de energia absorvida pelo espécime segundo os três métodos, respectivamente, LD, CC e MR [24].…”

“…Desta forma, em vista da simplicidade e da rapidez de execução do Método MR, o qual é descrito na sequência do texto, e, em virtude do fato de que energias de impacto entre 0,2 e 1,0 Joules são aplicadas repetidamente no presente estudo, o que garante, com base em resultados prévios [24], a sua precisão e aplicabilidade sob tais circunstâncias, optou-se pelo seu emprego neste trabalho comparativo do efeito das variadas sequências de impacto aplicadas ao laminado híbrido Glare-5, idêntico material estrutural empregado anteriormente pelos autores [24]. Essencialmente, o Método MR consiste no cálculo da diferença entre a energia disponibilizada ao espécime-alvo no momento do impacto (E i ) e a energia de rebote do impactador no instante em que ele deixa de contatar o alvo (E r ), que, a rigor, é a energia recuperada (elástica) pelo material.…”

“…Para fins de comparação, a Figura 9 mostra um espécime de Glare-5 idêntico aos apresentados na Figura 8, porém com os 6 J de energia depositados de modo integral, pela aplicação de apenas um único impacto [24]. Torna-se claro que os danos gerados neste último caso são de muito maior monta que aqueles ilustrados na Figura 8, denotando a maior gravidade do carregamento mecânico concentrado.…”

“…Assim como a Figura 9, as imagens fornecidas na Figura 10 foram extraídas de trabalho recente dos autores sobre impacto em Glare-5 [24] e mostram o desenvolvimento de uma trinca na face metálica posterior de um espécime após impacto único de 6 J. Este trincamento não foi observado pelos pesquisadores para níveis de energia inferiores, indicando, de acordo com [27], que a energia limite de trincamento por impacto do Glare-5 é da ordem de 6 J.…”