Análise fractal de fraturas em compósitos carbono-epóxi

• Processo: 09/13654-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2009
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2012
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial
• Pesquisador responsável: Luis Rogerio de Oliveira Hein
• Beneficiário: Juliana Augusto
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia (FEG). Universidade Estadual Paulista (UNESP). Campus de Guaratinguetá. Guaratinguetá , SP, Brasil
• Assunto(s): Ensaios mecânicos Propriedades mecânicas Materiais compósitos de fibras Compostos de epóxi Fratura das estruturas Fractais Processamento digital de imagens Microscopia eletrônica de varredura Análise de imagens
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Condicionamento ambiental | Ensaios Mecânicos | fractal | fratura | microscopia quantitativa | processamento digital de imagens | Comportamento mecânico de compósitos

Resumo

Superfícies de fratura expressam a seqüência de eventos de liberação de energia com a propagação de trincas, mostrando a relação entre os componentes da estrutura, campos de tensões locais e a formação de texturas típicas em seu relevo. No caso dos compósitos de matriz polimérica, a evolução das formações topográficas pode indicar as linhas de ação de carga, os efeitos de degradação pelo ambiente, defeitos de processamento, e outros. Assim, a fractografia quantitativa, com o uso cada vez maior destes materiais em aeronaves, pode ampliar seu papel na investigação de falhas estruturais ou como ferramenta para o desenvolvimento de processos e produtos. Para tanto, é preciso adequar ou criar abordagens para o estudo quantitativo de relevos. A presente proposta baseia-se na combinação de ferramentas de medição da topografia de superfícies, como a reconstrução por extensão de foco na microscopia óptica ou a reconstrução por paralaxe de pares estéreos obtidos por microscopia eletrônica de varredura, com a análise do comportamento fractal de texturas formadas pelos detalhes de relevo, correspondentes aos mecanismos de fratura atuantes, para o desenvolvimento de uma metodologia de caracterização fractográfica adequada ao estudo de materiais compósitos de fibras longas. Há, hoje, uma clara demanda por esta metodologia, o que justifica a apresentação deste projeto, avaliada por solicitações recebidas pelo proponente de Engenheiros de instituições e empresas como IPEN, CTA, Embraer e da própria UNESP. Portanto, os objetivos principais desta proposta são criar a metodologia e implementar alguns estudos quantitativos para tornar sua interpretação viável a outros pesquisadores. Com isso, visa avaliar o comportamento do relevo da fratura interlaminar em compósitos de fibras contínuas de carbono em matriz epóxi, sujeitos ou não à exposição à luz ultravioleta, usando conceitos da geometria fractal. Os materiais analisados serão corpos de prova fraturados em ensaios DCB, preparados a partir de placas obtidas por prensagem de pré-impregnados. As investigações serão realizadas, prioritariamente, a partir de pilhas de imagens obtidas por microscopia óptica e processadas para levantamento do relevo e da distribuição de texturas formadas nas superfícies fraturadas. Técnicas de microscopia eletrônica de varredura, se necessárias, também serão empregadas, envolvendo a obtenção de pares estereoscópicos para a reconstrução por paralaxe. Para a caracterização das regiões afetadas pelo processo de degradação por luz ultra-violeta, será usada microscopia de força atômica, nos modos de imageamento de fases e de contato. As imagens geradas serão analisadas quantitativamente, utilizando rotinas de processamento e análise de imagens digitais desenvolvidas ou adaptadas por membros do grupo de pesquisa em que a candidata à bolsa ora se insere.