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Carolina Stecca

Ensaio em Compósitos: Desafios & Soluções

SAMPE Brasil

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Desafios

• Ensaios de Produtividade: grande número de

configurações de ensaios e normas.

• Equipamento de teste flexível

• Fácil alteração de configuração

• Métodos de ensaio normatizados

• Alcançar e manter um alinhamento preciso.

• Necessidade de alinhamento preciso

• Critérios de alinhamento Nadcap

• Medida de deformação

• Ensaios normatizados

• Campos de deformação não uniformes

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Tração: Fibra - propriedade. Depende da rigidez

à tração e resistência mecânica da fibra.

Compression: Matriz - propriedade dominante.

Depende da rigidez e da qualidade de

aderência da resina em ser capaz de manter as

fibras alinhadas.

Cisalhamento: Matriz – propriedade

dominante. Ela quem transfere as tensões

através do compósito.

Flexão: Combinação dos três: em

cima=compressão; em baixo= tração; no meio=

cisalhamento

Compósitos exigem um grande números

de ensaios para caracterização

E também uma série de “ensaios estruturais” em peças. Ex: tração em

fenda (open hole) tração & compressão, compressão após o impacto (CAI)

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Desafio 1

Gerenciando um vasto range de

Tipos de Ensaio e Normas

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• NÃO SUPORTADO– seção de ensaio curta • ISO 14126

• ASTM D3410 (ITTRI)

• ASTM D 6641 (CLC)

• AITM 1-0008 (Hydraulic Grips)

• Corpo de prova suportado(anti-Flambagem)

• ISO 14126

• Modified ASTM D 695

• ASTM D 6484

Configurações do ensaio de Compressão

CORPO DE PROVA NÃO SUPORTADO

CORPO DE PROVA SUPORTADO

(Anti-Buckling)

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Sistema modular e flexível para a variedade de ensaios

ao longo de um intervalo de temperaturas

Célula de carga com faixa de 1000:1

garras com alinhamento de precisão

Câmara de Aquecimento

CAI

Compressão de acordo com ASTM D695 etc.

“Piggy back” pratos de compressão com assentos esféricos

Dispositivo de alinhamento

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BlueHill 3 Método de ensaio em Compósitos

• Métodos de ensaios:

• Tração

• Compressão

• Cisalhamento

• Flexão

• Tenacidade à fratura

• Especiais.

• Métodos de acordo com as

normas:

• ASTM, ISO, EN, Pr-EN…

• AITM, BSS…..

• Os métodos incluem dados e

relatório

• Software flexível e fácil para

novos usuários e / ou

modificação dos métodos

existentes.

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Desafio 2

Alinhamento

9

Alinhamento e “Quantificação”

•

10

O que é Alinhamento?

IV

1- Alinhamento correto dos

dispositivos de fixação. 2- Desalinhamento

concêntrico entre os

dispositivos de fixação

superior e inferior

3- Desalinhamento angular

entre os dispositivos de

fixação superior e inferior

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Por que o alinhamento é tão importante

no Ensaio de Materiais Compósitos? Ensaio em um metal

dúctil

• Desalinhamento

introduz distribuição

de tensão desigual

• Aumento do limite de

escoamento na

região de alta tensão,

mas continua a

suportar carga

• Redistribuição da

carga, gerando a

redução do efeito de

desalinhamento.

Ensaio em um

Compósito reforçado

com fibra

• Desalinhamento

introduz distribuição de

tensão desigual

• Fibras na região de alta

tensão falham

• A tensão aumenta no

restante das fibras,

causando falha rápida .

• O desalinhamento tem

um efeito significativo

sobre os resultados de

ensaio

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Medindo Alinhamento

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Permite pequenos ajustes de angularidade, posição e

concentricidade para otimizar o alinhamento entre as garras superior

e inferior em uma máquina de ensaio.

Dispositivos projetados para permitir que o ajuste sob carga sejam

muito mais fáceis.

Dispositivos de Alinhamento

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Alinhamento no ensaio de Compressão

• Garras Hidráulicas de efeito

Cunha

• Alta rigidez lateral para manter

o alinhamento sob carga

• Pratos de Compressão

com Assento Esférico

• Rápido e fácil montagem

sistema de fixação

• Centro de rotação localizado

no centro da superfície da

placa de compressão.

• Dispositivo de travamento

• De acordo com os requisitos

de alinhamentoda NADCAP

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O que é o Nadcap…

• Nadcap (sigla the National Aerospace and Defence Contractors Accreditation Program). Programa de credenciamento de prestadores de serviços de defesa e aeronáutica nacional

• PRI's (Performance Review Institute) nome da marca para o programa credenciado gestão da indústria para processos especiais nas indústrias aeroespacial. (Processos, produtos, melhoria contínua, controle de qualidade)

• Um programa cooperativo mundial de grandes empresas, representantes do governo e fornecedores, com a finalidade de melhorar a qualidade no setor aeroespacial.

• O programa de acreditação inclui a auditoria de Ensaio de Materiais de Laboratórios e Sistemas para demonstrar e certificar a conformidade com os requisitos Nadcap.

• Mais informações sobre PRI e Nadcap

• http://www.pri-network.org/PRI/

• http://www.pri-network.org/Nadcap/

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Nadcap - Requisitos de alinhamento para o

Ensaio de tração em Compósitos

• Alinhamento medido sob carga de tração em corpos de provas aferidos (ver nota no final) que são representativos das amostras a serem testadas.

• Para AC7122 (Compósitos)

• O alinhamento típico dos corpos de prova são mostrados no documento da NADCAP .

• O PBS aceitável É:

• Ensaios Estáticos: 8%

• Ensaios Cíclicos: 5%

• ASTM E1012 é referenciado pela junção da NADCAP e outras normas.

• Contém procedimentos detalhados. Última versão (E1012-12) inclui classificações em 5%, 8% e 10% PBS.

NOTA: Os procedimentos para verificar o alinhamento Nadcap são mais exigentes do que as descritas na ASTM E1012 e eles não permitem "compensação célula alinhamento" isto significa que as células de alinhamento muito precisos são necessários para executar essas verificações.

IV

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… Mas não só sobre Alinhamento…

• Atender aos requisitos NADCAP significa:

• Alinhamento de acordo com a referida norma

• Alinhamento de corpo de prova: Representam todos os

materiais ensaiados.

• Calibração: A frequência é de acordo com ISO/ASTM para

células de carga, extensômetros, deslocamento, velocidade,

etc….

• Manutenção Preventiva: plan is followed.

• Treinamento: Operadores devem ser treinados para conhecer

intimamente o funcionamento do equipamento

• … Serviços oferecidos pela INSTRON

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Desafio 3

Medindo Deformação

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Sem Contato

Soluções para Ensaio de Deformação em Compósitos

AutoX 750

Automático

Clip-on & Extensômetros

Bi-axial clip-ons Static clip-ons

Dynamic clip-ons

DIC Replay SVE/AVE 2

Strain Gauges

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Extensômetro Biaxial Clip-on

Principais Aplicações em

Materiais Compósitos

Tração (Coef. De Poisson)

Cisalhamento em plano (IPS)

Características Principais:

Atende a um extenso números

de normas

Grande faixa de temperaturas

(-200 to +200 °)

Sistema de fixação simples

Versões com opções de saída

axial independentes (permite o

monitoramento simultâneo de

tensão média total e PBS. *)

Compatível com quaisquer

Sistemas Instron.

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Extensômetro Biaxial

•

22

Extensômetro Automático

• Extensômetro de

contacto automático;

• Precisão: 1 micron;

• Capaz de testar vários

comprimentos base

(L0);

• Adequado para tração

e compressão;

• Fechamento

automático das “facas”

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AutoX750 para Ensaio em Compósitos

• Precisão: 1µm.

• Robusto – Braços

podem ser deixados

até que ocorra a

falha do material.

• Posicionamento

Repetitivo e a

fixação garante

resultados

consistentes.

• Precisão :1µm

• Baixa força de

aperto: não

danifica o corpo

de prova.

• Baixo atrito:

Diminiu a

flambagem do

corpo de prova

• Precisão: 1µm

• Robusto -

Braços podem

ser deixados

até que ocorra

a falha do

material

Fibra – Tração

ASTM D4018

Laminado – Tração

ASTM D3039 &

ISO527-4/5

Laminado

Compressão

ASTM D695

Laminado

Flexão

ASTM D790/7264

EN2562/2746

ISO178/14125

• Precisão: 1µm

• Robusto -

Braços podem

ser deixados

até que ocorra

a falha do

material

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Advanced Video Extensometer (AVE) 2

25

Preciso e Consistente

• Alta precisão de medição de deformação: atende a

maioria das normas para compósitos

• A precisão de 1 micron: permite a medição do

módulo, conforme a ISO 527-4/5

• Taxa de aquisição dados: 490 Hz

• Sistema de iluminação patenteada: previne que não

haja nenhum infuência do meio externo.

• Densidade de ar constante

• Não requer operador para preparação da amostra,

reduzindo o erro humano e aumentando a

consistência de resultados.

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Versátil e Capacitado • Pode ser usado para medir deformação tração e

compressão

• Pode ser usado em câmaras

• Pode ser usado com qualquer máquina de ensaio com uma

entrada de +/- 10V

• Pode ser usado para medição de deformação de todo o

corpo de prova software DIC (Digital Image Correlation)

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O que é DIC?

Imagem Delsocamento Desformação

Análise da

imagem da

superfície todo o

tempo

Uso de correlação cruzada

para determinar o

deslocamento.

Deformação

calculada à partir

deslocamento

Um método óptico para medir a deformação na superfície de um objeto.

28

Preparação do CP

29

O Ensaio

30

Exemplos de Aplicação

Capaz de verificar

técnicas de preparação

de corpo de prova por

compração, procurando

por concentrações de

tensão localizadas.

Verificação de

atendimento a normas,

identificando

deformação localizada

que esteja fora da faixa

admissível.

Visualiza e detecta trincas

não são visíveis a olho nu

ou estão em

imagens nao

processadas em ensaios

tradicionais de tração ou

compressão.

Analisar a deformação e

o deslocamento sobre de

uma superfície plana de

uma peça

ou componente onde

extensômetros

tradicionais são inviáveis.

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Vantagens do Sistema DIC Integrados

Coleção integrada e sincronizada de todos os dados da máquina de ensaio por exemplo, Força e câmera

Apenas 1 PC

Câmara Integrada e Sistema de iluminação fora da da área de ensaio. Luz polarizade impede que qualquer fonte de iluminaçõ cause influência.

Fácil de usar! Usuários podem se concentrar em analisar e compreender os seus resultados.

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OBRIGADA PELA ATENÇÃO

carolina_stecca@instron.com