Effect of pre-loads in the viscoelastic behavior of a GFRP composite

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaOs materiais compósitos têm sido cada vez mais utilizados na indústria global pelas características como a sua resistência mecânica específica e peso. Setores como a indústria aeronáutica, civil ou naval utilizam cada vez mais materiais compósitos para substituir os materiais metálicos.O objetivo do presente estudo é analisar o comportamento viscoelástico de um material compósito, constituído por resina de epóxido como matriz e reforçado por fibras de vidro, quando sujeito a pré-carregamentos. Este estudo leva a melhor compreensão das propriedades viscoelásticas do material.Inicialmente, com auxílio de uma máquina de tração, determinou-se a tensão máxima de rotura do material em estudo, com provetes em forma de osso de cão. Consequentemente determinou-se duas tensões de referência definidas como 40% e 60% da tensão de rotura. Com base nestas tensões, estudou-se o comportamento viscoelástico do material em ensaios de relaxação de tensões e concluiu-se que o material ensaiado a 40% da tensão de rotura apresentou maior relaxação que o material ensaiado a 60%, com uma diferença de 1% na comparação entre os dois. Aplicou-se posteriormente uma pré-carga de 20% e 40% da tensão de rotura e efetuou-se novamente os ensaios de relaxação, tendo sido demonstrado que quanto maior a pré-carga induzida ao material menor este sofrerá relaxação de tensões.Foram realizados ensaios de fluência com as mesmas condições de carregamento que os ensaios de relaxação e concluiu-se que os ensaios realizados sem pré-carregamentos demonstram que os provetes com 40% da tensão de rotura apresentam maior fluência que os provetes com 60%. Foi também demonstrado que conforme é aplicado maior pré-carregamento, menor o material sofre fluência.Por fim foi analisado a resistência residual de todas as amostras ensaiadas, demonstrando que as amostras ensaiadas em relaxação de tensões apresentam maior resistência residual comparativamente às amostras de fluência com as mesmas condições de carregamento e pré-carregamento.Composite materials have been more and more used in the global industry because of their properties like specific strength and weight. Sectors like aeronautical industry, civil or naval make use of these materials to replace metallic materials.The subject matter of this study is to analyze the viscoelastic behavior of a composite material, made of epoxy resin as the matrix reinforced by glass fibers, when subjected to pre-loads. This study leads to a better understanding of the viscoelastic properties of the material.Initially, with the help of a tensile machine, the maximum tensile strength of the material was obtained, with samples in dog bone shape. Consequently, it was defined two values representing 40% and 60% of the maximum tensile strength. With these values, the viscoelastic behavior was studied in stress relaxation tests and it was concluded that the sample representing 40% of the tensile strength show more stress relaxation than the one tested with 60%, with a difference of 1% between the two. Subsequently it was applied a pre-load of 20% and 40% of the tensile strength and the stress relaxations were once again executed, showing that the more pre-load the material was induced, the less stress relaxation will present.Creep tests were also studied in the same load conditios of the stress relaxation tests, and it was concluded that, without pre-loads, the material with 40% of the tensile strength showed more creep than the one with 60%. It was also shown that the more the pre-load on the material, the less creep the composite will suffer.Finally, it was studied the residual strength of all the samples tested, showing that the samples tested for stress relaxation present more residual strength in comparation of creep test samples with the same load and pre-load conditions