Maquinagem não convencional sobre placas compósitas

A utilização de materiais compósitos tem crescido nas últimas décadas em virtude do seu baixo peso, elevada resistência e rigidez. A furação de placas compósitas é um desafio que se coloca às indústrias que trabalham com este tipo de materiais, sendo frequente o recurso a ferramentas convencionais, normalmente utilizadas na construção mecânica, com adaptações. Neste trabalho, apresenta-se uma técnica não convencional baseada na furação por jacto de areia sendo avaliadas as descontinuidades causadas em placas compósitas. Durante este processo de furação, as camadas da placa não resistem o tempo necessário para concluir a perfuração, aquecendo e fragmentando- se, e a areia, com o impacto, perde rapidamente o poder abrasivo. Além disso, o tempo necessário para completar com sucesso a operação seria superior a 5 horas, uma vez que a primeira etapa de jateamento durou aproximadamente uma hora, sendo necessário no fim da mesma repor um novo isolamento devido desgaste sofrido. Nesse momento da operação o progresso obtido era imperceptível. O trabalho experimental realizado permite concluir que a furação por jacto de areia, utilizando um compressor com um caudal de 1700 l/min e jateadora de sucção, não se mostra uma ferramenta promissora para executar operações de furação em placas compósitas

Damage assessment of drilled hybrid composite laminates

Hole drilling operations are common in fibre reinforced plastics - FRP’s - to facilitate fastener assembly to other parts in more complex structures. As these materials are non-homogeneous, drilling causes some damages, like delamination, for example. Delamination can be reduced by a careful selection of drilling parameters, drill material and drill bit geometry. In this work two types of laminates are drilled using different machining parameters and comparing drill geometries. Results show the importance of a cautious selection of these variables when composites’ drilling is involved

Evaluation of delamination damages on composite plates using techniques of image processing and analysis and a backpropagation artificial neural network

Nowadays, drilling of carbon/epoxy laminates is extremely frequent in manufacturing and assembling processes and is normally carried through using standard drills, like twist or Brad drills. However, it is always necessary to have in mind the need to adapt properly the drilling operations and/or the drilling tools used as the risk of delamination occurrence in the laminates involved, or other kind of damages, is very high. Moreover, delamination can be critical because the mechanical properties of the produced parts can be severely affected. Thus, the production of higher quality holes, with damage minimization, is a key challenge to everyone related with composites industry to develop adequate methodologies to delamination characterization and assessment. In this paper, the delamination caused on laminates by drilling machining operations is analytically evaluated by processing and analyzing enhanced conventional radiography images of the laminates involved. In resume, in order to evaluate the delamination damage in laminates plates caused by drilling operations, the radiography images acquired are processed using a computational methodology that uses techniques of image processing and analysis and a backpropagation artificial neural network. Experimental results show that the proposed methodology can be successfully used to measure and characterize the delaminated area. Hence, using our methodology, the damage evaluation on laminates can become more accurate, efficient and simple

Modelação da furação de laminados por elementos finitos

Furação de estruturas em compósitos de matriz poliméricaO recurso ao Método de Elementos Finitos (MEF) para a simulação e estudo da maquinagem tem vindo a merecer um interesse crescente. Neste trabalho comparam-se os resultados experimentais obtidos usando diferentes brocas helicoidais com uma simulação numérica da furação usando elementos sólidos tridimensionais do software ABAQUS® Explicit. Os resultados obtidos mostram a aplicabilidade do modelo, nomeadamente no que respeita à variação do principal parâmetro de corte no processo de furação – o avanço – e da geometria da ferramenta. O desenvolvimento das forças axiais durante a furação está directamente relacionado com a selecção dos parâmetros de corte e geometria de ferramenta e contribui para a existência de danos na placa. Assim, a minimização destas forças permite reduzir o risco de delaminação. Os resultados relativos à força para o início da delaminação são comparados com modelos analíticos já conhecidos. Os resultados numéricos apresentam uma concordância apreciável com os obtidos experimentalmente

Estudo da influência da pré-furação no dano em laminados carbono/epóxido

Na furação de placas em materiais compósitos é corrente o uso de técnicas tradicionais de furação adaptadas. O defeito mais grave é a delaminação, que nem sempre é visível à superfície e pode causar o colapso prematuro das estruturas. Para a avaliação dos danos provocados nas peças utilizam-se meios de controlo não-destrutivo. Neste artigo são analisados os resultados obtidos através do recurso à pré-furação em placas carbono/epóxido e de duas técnicas de controlo. Os resultados obtidos permitem estabelecer a influência da pré-furação na delaminação Neste trabalho, utilizam-se técnicas de Visão Computacional no processamento e análise das imagens obtidas nos ensaios experimentais

Effect of plug-filling, Testing velocity and temperature on the tensile strength of strap repairs on aluminium structures

In this work, an experimental study was performed on the influence of plug-filling, loading rate and temperature on the tensile strength of single-strap (SS) and double-strap (DS) repairs on aluminium structures. Whilst the main purpose of this work was to evaluate the feasibility of plug-filling for the strength improvement of these repairs, a parallel study was carried out to assess the sensitivity of the adhesive to external features that can affect the repairs performance, such as the rate of loading and environmental temperature. The experimental programme included repairs with different values of overlap length (L O = 10, 20 and 30 mm), and with and without plug-filling, whose results were interpreted in light of experimental evidence of the fracture modes and typical stress distributions for bonded repairs. The influence of the testing speed on the repairs strength was also addressed (considering 0.5, 5 and 25 mm/min). Accounting for the temperature effects, tests were carried out at room temperature (≈23°C), 50 and 80°C. This permitted a comparative evaluation of the adhesive tested below and above the glass transition temperature (T g), established by the manufacturer as 67°C. The combined influence of these two parameters on the repairs strength was also analysed. According to the results obtained from this work, design guidelines for repairing aluminium structures wer

Numerical and experimental analyses of biocomposites reinforced with natural fibres

n the last decades the biocomposites have been widely used in the construction, automobile and aerospace industries. Not only the interface transition zone (ITZ) but also the heterogeneity of natural fibres affects the mechanical behaviour of these composites. This work focuses on the numerical and experimental analyses of a polymeric composite fabricated with epoxy resin and unidirectional sisal and banana fibres. A three-dimensional model was set to analyze the composites using the elastic properties of the individual phases. In addition, a two-dimensional model was set taking into account the effective composite properties obtained by micromechanical models. A tensile testing was performed to validate the numerical analyses and evaluating the interface condition of the constitutive phases

Damage evaluation of drilled carbon/epoxy laminates based on area assessment methods

The characteristics of carbon fibre reinforced laminates had widened their use, from aerospace to domestic appliances. A common characteristic is the need of drilling for assembly purposes. It is known that a drilling process that reduces the drill thrust force can decrease the risk of delamination. In this work, delamination assessment methods based on radiographic data are compared and correlated with mechanical test results (bearing test)

Avaliação da delaminação após furação em compósitos laminados

As características excepcionais dos materiais compósitos de matriz polimérica têm conduzido à sua crescente utilização em todos os domínios. A necessidade de ligar estas peças entre si obriga à realização frequente de operações de furação que, embora devidamente adaptada, pode provocar diferentes tipos de dano nas peças a ligar. Desses, o dano mais grave é a delaminação pelas suas consequências na perda das propriedades mecânicas. Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo da extensão do dano em função da geometria de ferramenta utilizada. Para tal as placas foram radiografadas após furação e a imagem resultante segmentada para medição das áreas associadas. Os resultados mostram a importância de uma adequada geometria de ferramenta na redução do dano causado pela furação em compósitos laminados

Avaliação de ferramentas na furação de laminados compósitos

Drilling of polymeric matrix composite structuresThe development of cutting tools becomes a challenge to the industry of composite materials to obtain high quality holes, minimizing damage. This work aims to examine the influence of various parameters such as feed rate and tool geometry on thrust forces developed during drilling operations and on the extent of damage. In this work, a comparative study of tool geometry with the aim of reducing the associated damage during drilling process is presented. In the end a good combination of tool geometry and drilling parameters based on experimental work will be presented.O desenvolvimento de ferramentas de corte torna-se um desafio à indústria de materiais compósitos, na obtenção de furos de elevada qualidade, minimizando o dano. Este trabalho visa analisar a influência de vários parâmetros, tais como o avanço e a geometria de ferramenta, nas forças desenvolvidas durante a furação e na extensão do dano. Neste artigo é apresentado um estudo comparativo de geometrias de broca com o objectivo de reduzir o dano associado à furação, que permitirá determinar qual a melhor selecção de parâmetros de furação, atendendo às diferentes geometrias de ferramenta