Desenvolvimento de estruturas compósitas auto-reparáveis para solicitações de impacto

Nas últimas décadas tem-se assistido a uma elevada procura e utilização de materiais compósitos em áreas diversificadas, nomeadamente aplicações em estruturas sandwich que, graças à inclusão de um núcleo de densidade aparente baixa, conseguem obter boas propriedades mecânicas à flexão (aumentando o segundo momento de área) com um compromisso de baixo peso. Não obstante, este tipo de materiais comporta um desafio acrescido dada a sua natureza heterogénea, geralmente devido a empilhamentos, resultando em mecanismos de dano complexos e necessidade de utilização de critérios de falha especialmente formulados para a avaliação e projecto das estruturas compósitas bem como factores de resistência residual fortemente afectados pelos processos de fabrico e cargas de impacto. Um dos maiores e principais problemas na indústria aeronáutica é de facto a colisão em voo rasante, na descolagem e na aterragem, das aves que se encontram no meio aéreo com a fuselagem da aeronave, donde resultam danos irreversíveis e consequentes reparações do material compósito que a compõe. O foco deste trabalho será, em colaboração com o INEGI (Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial) no projecto MOSHO, encontrar uma solução que reduza drasticamente a carência de resistência residual dos materiais compósitos, conjugando laminados de tecidos híbridos de fibra de carbono com Dyneema® a um material elastómerico, Reverlink™, num compósito de sandwich com núcleo de honeycomb. Com isto pretender-se-á desenvolver soluções avançadas e futuramente a sua integração para reparação de estruturas compósitas, visando a investigação de novos materiais particularmente resistentes a impactos de baixa e alta velocidade, com características auto-regenerativas e procedimentos de técnicas de reparação das estruturas. Foram realizados ensaios de impacto de baixa e alta velocidade e compararam-se os resultados experimentais com os da primeira fase do projecto MOSHO, e com a previsão do modelo numérico em ABAQUS™. Adicionalmente, foram realizados ensaios de tracção, differential scanning calorimeter e dynamic mechanical analysis para caracterização do Reverlink™, e confirmação de propriedades mecânicas do compósito.In the last decades, there has been a high demand and use of composite materials in different areas, such as sandwich structure applications which, thanks to the inclusion of a low apparent density core, manage to achieve good mechanical properties in bending (increasing the second moment of area) with a low weight compromise. However, this type of material poses additional challenges due to its heterogeneous nature, generally due to stacking, resulting in complex damage mechanisms and the necessity to use failure criteria especially formulated for the evaluation and design of composite structures, as well as residual strength factors that are strongly affected by manufacturing processes and impact loads. One of the biggest and main problems within aeronautical industries is the collision, in low-flight, take-off and landing, between the fuselage of the aircraft and birds. This occurrence results in irreversible damage and consequent repairs of the composite material that composes the aircraft structure. The focus of this work will be, in collaboration with INEGI (Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial) in the MOSHO project, to find a solution that drastically reduces the lack of residual strength of composite materials, combining laminates of hybrid fibre fabrics from carbon with Dyneema® with an elastomeric adhesive Reverlink™ in a composite sandwich with a honeycomb core. It is intended to develop advanced solutions, and their integration in the future, to repair composite structures, aiming at the investigation of new materials particularly resistant to small and high speed impacts with self-healing characteristics and procedures of repair techniques of the composite structures. Low and high-velocity impact tests were made, and the experimental results were compared with the ones obtained in the first phase of the MOSHO project, and with the numerical predictive model in ABAQUS™. Additionally, tensile, differential scanning calorimeter and dynamic mechanical analysis tests were made to characterize Reverlink™ and confirm the mechanical properties of the composite