Fractografia quantitativa: análise do comportamento fractal, por processamento digital de imagens, para delimitação da ação de micromecanismos de fratura em 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 modelo de Mecholsky, que relaciona tenacidade à fratura e dimensão fractal, para casos em que há maior complexidade nos mecanismos envolvidos no processo de fratura em estruturas amorfas ou cristalinas que levem ao aspecto do tipo "mirror+mist+hackle" (espelho, névoa e crista de galo), em que a fratura evolui do aspecto liso ao rugoso desde a nucleação. Este caso, por exemplo, ocorre comumente no interior de fibras de carbono ou em resinas epóxi. Os materiais analisados serão corpos de prova fraturados cedidos pelo Prof. Dr. Édson Cocchieri Botelho, co-orientador deste mestrado e professor do DMT/FEG/UNESP, que desenvolve estudos sobre a degradação ambiental e seus efeitos sobre o comportamento mecânico de compósitos sob diferentes condições de carregamento, em outros projetos financiados pela FAPESP. 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.