Publicação: Avaliação numérica e experimental de insertos cerâmicos em materiais compósitos
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CNPQ::ENGENHARIAS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::ESTRUTURAS AEROESPACIAIS
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Resumo
Este artigo tem como objetivo determinar os prós e os contras do uso de insertos de cerâmica
em componentes de plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) com relação ao
comportamento térmico e mecânico. Sabe-se que, para essas aplicações, a diferença entre o
coeficiente de expansão da peça de CFRP e o inserto metálico gera tensões térmicas que
podem reduzir a vida útil desses componentes devido à fadiga e/ou introduzir falhas locais que
reduzem a eficiência dos pontos de introdução de carga. Além disso, os insertos metálicos são
suscetíveis à corrosão eletroquímica quando em contato com peças de CFRP. Como os
materiais cerâmicos são inertes a esse efeito e têm um coeficiente de expansão semelhante
ao dos componentes de CFRP, propõe-se uma avaliação do comportamento mecânico dos
insertos cerâmicos sob carga mecânica e térmica. Foi proposto um inserto de junta de parafuso
e foram produzidos insertos de alumina, aço, alumínio e titânio. Foi proposta uma geometria
simples e foram realizadas análises comparativas, tanto numéricas quanto experimentais. Os
principais resultados mostraram que o desempenho das pastilhas de alumina foi melhor do
que o das metálicas, tanto em altas quanto em baixas temperaturas. Foi encontrada uma boa
concordância entre as abordagens numérica e experimental.
Abstract
This paper aims to determine the pros and cons of using ceramic inserts on carbon fibrereinforced plastics (CFRP) components with respect to thermal and mechanical behavior. It is
well known that, for such applications, the difference between the coefficient of expansion of
the CFRP part and the metallic insert generates thermal stresses that can reduce the lifespan
of these components due to fatigue and/or introduce local failures that reduce the efficiency
of load introduction points. Furthermore, metallic inserts are susceptible to electrochemical
corrosion when in contact with CFRP parts. Since ceramic materials are inert to this effect and
have a similar coefficient of expansion to CFRP components, an evaluation of the mechanical
behavior of ceramic inserts is proposed under mechanical and thermal loading. A bolt-joint
insert is proposed, and alumina, steel, aluminum, and titanium inserts were produced. Simple
geometry was proposed and comparative analyses, both numerical and experimental, were
performed. Key results have shown that the performance of alumina inserts was better than
the metallic ones under both high and low temperatures. Good agreement was found between
the numerical and experimental approaches.
Palavras-chave
Bolt joints in composites, Ceramic inserts, Metallic inserts, Thermal stresses, Inserts niche application, : Juntas de parafusos em compósitos, insertos de cerâmica, insertos metálicos, tensões térmicas, aplicação de nicho de insertos.
Citação
BARJUD, Juliano de Negreiros. AVALIAÇÃO NUMÉRICA E EXPERIMENTAL DE INSERTOS CERÂMICOS EM MATERIAIS COMPÓSITOS. 2022. 47 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.