Compositos_Particulas_Comportamento

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EGI Processos Industriais
Materiais Compósitos
Comportamento mecânico - Reforços de Partículas
Fábio Simões
2019
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Conteúdo
Materiais compósitos reforçados com partículas
Comportamento mecânico
Tensão de cedência
Módulo de elasticidade
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Materiais compósitos reforçados
com partículas
Generalidades
• Os compósitos reforçados com partículas são tipicamente mais
baratos e fáceis de processar que os compósitos reforçados com
fibras;
• No entanto, devido às suas propriedades mecânicas mais
modestas, são utilizados maioritariamente em aplicações não
estruturais;
• Os reforços são encarados mais como material de enchimento do
que como material de reforço;
• No entanto, estão a surgir novas possibilidades no campo da
nano-escala, onde as partículas podem desempenhar um papel
muito relevante no desempenho do compósito.
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Reforços de fibras contínuas - conceitos prévios
Assume-se neste estudo que o material compósito reforçado com
partículas é isotrópico
Consequência
Apenas se considera um valor para a tensão de cedência e para o
módulo elástico
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Comportamento mecânico
Observações gerais
Observações gerais da influência
das partículas no compósito:
• Diminuição do alongamento e
resistência mecânica com o
incremento do volume de
partículas;
• Aumento do módulo de
elasticidade com o
incremento do volume de
partículas
Figura 1: Ensaio de flexão de
compósito com diversas frações
volúmicas de reforço de partículas
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Comportamento mecânico
Tensão de cedência
Modelação da Tensão de cedência
A diminuição de resistência mecânica está relacionada com a
concentração de tensões em volta das partículas de reforço. A tensão
de cedência σccomp pode ser estimada através de vários modelos, por
exemplo:
σccomp = σmatriz(1− 1.21 · v
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p) (1)
A equação modela uma diminuição da tensão de cedência σccomp do
compósito com o a fracção volúmica vp de partículas, tendo por base
o valor da tensão de cedência da matriz σmatriz.
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Comportamento mecânico
Módulo de elasticidade
Modelação do Módulo de Elasticidade
Verifica-se um aumento do módulo de elasticidade com a fração
volúmica de partículas. O módulo de elasticidade Ec pode ser
estimado recorrendo a modelos similares àqueles usados para a
estimativa de módulo em compósitos reforçados com fibras.
• Modelo de fronteira superior:
EcS = Ep · vp + Em · vm (2)
• Modelo de fronteira inferior:
1
EcI
=
1
Em
· vm +
1
Ep
· vp (3)
Usualmente os compósitos de partículas aproximam-se mais do
modelo de fronteira inferior, o que indicia que as suas propriedades
mecânicas não são tão favoráveis como no caso dos compósitos
reforçados com fibras contínuas.
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Modelação do Módulo de Elasticidade
Existem outros modelos que dão resultados mais próximos da
realidade. Exemplo: modelo de Halpin-Tsai:
Ec = Em ·
1+ A · B · vp
1− B ·Ψ · vp
(4)
• A = kE − 1
• kE é o coeficiente de Einstein
• B = Ep/Em−1Ep/Em+A
• Ψ = 1+
(
1−vpmax
v2pmax
· vp
)
• Ec - módulo do compósito; Em - módulo da matriz; Ep: módulo das
partículas; vp fração volúmica das partículas; vpmax - fração volúmica
máxima de partículas
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Exemplo de compósitos e modelação de propriedades
Figura 2: Desempenho dos modelos na previsão do comportamento
mecânico de compósitos reforçados com partículas.
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Bibliografia
Callister, William D. Jr., Materials Science and Engineering, An
Introduction, John Wiley & Sons, Inc., 2007.
Gibson, Ronald F., Principles of Composite Material Mechanics, Third
Edition, CRC press, 2012.
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	Conteúdo
	Materiais compósitos reforçados com partículas
	Comportamento mecânico
	Tensão de cedência
	Módulo de elasticidade