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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2022.tde-20032023-102353
Documento
Autor
Nome completo
Thays Alessandra Barreto
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2022
Orientador
Banca examinadora
Tarpani, José Ricardo (Presidente)
Santiago, Rafael Celeghini
Tita, Volnei
Título em português
Efeitos de choques térmicos cíclicos no comportamento em fadiga de juntas mistas de Glare-5 e liga de alumínio
Palavras-chave em português
choque térmico cíclico
fadiga
juntas mecânicas
laminado metal-fibra
tolerância a danos
Resumo em português
Glare® é um laminado metal-fibra, composto por lâminas alternadas de liga de alumínio e camadas de fibra de vidro imersas em resina epóxi. Devido à sua baixa densidade e sua maior resistência ao impacto e à fadiga comparado à liga de alumínio, ele já é empregado em estruturas aeronáuticas, como bordos de ataque e painéis superiores da fuselagem. Em princípio, qualquer estrutura aeroespacial manufaturada com chapas de liga de alumínio pode ser substituída por Glare. Entretanto, visto que espaço constitui um meio muito mais agressivo que o ambiente terrestre, atenção redobrada deve ser dada a essas aplicações, em especial no que diz respeito às variações bruscas de temperatura devidas aos ciclos de sombra terrestre seguida de exposição direta ao sol aos quais tais estruturas (naves, estações e satélites) estão submetidas e que levam à falha térmica. Fadiga mecânica devida a vibrações de lançamento em serviço, bem como a mudanças de curso para desvio de fragmentos espaciais e retomada de altitude devem ser consideradas. A presença de juntas mecânicas com concentradores de tensões (furações) e a ocorrência de desgaste entre as superfícies de contato, devido a movimentações relativas de baixa intensidade, não devem ser negligenciadas. No presente estudo, três configurações de juntas mecânicas sobrepostas foram analisadas: uma composta apenas de placas de liga de alumínio e duas de liga de alumínio e Glare, sendo uma na qual a placa escareada é a de alumínio e na outra, a de Glare. Essas juntas foram submetidas a cargas prévias de fadiga para indução de danos em diferentes magnitudes e subsequentes choques térmicos extremos, sendo então submetidas à fadiga até sua ruptura completa. Determinou-se que a utilização de painéis de Glare resulta em juntas mais leves e com maior confiabilidade e previsibilidade de comportamento em fadiga. Contudo, nem sempre a utilização de painéis de Glare é benéfica, pois o desempenho do componente está diretamente atrelado ao papel do painel de laminado na junta; utilizar o painel de Glare como a placa escareada resultou em um desempenho muito melhor que o de uma junta tradicional entre painéis de alumínio, enquanto utilizá-lo como a placa não escareada, resultou em desempenho inferior ao desta última. Desse modo, os resultados deste estudo ressaltam a importância da realização de análises sobre o comportamento de componentes e materiais em condições de operação, permitindo avaliar efeitos sinérgicos dos painéis componentes da estrutura que podem prejudicar seu desempenho.
Título em inglês
Effect of repeated thermal shock on the fatigue behavior of Glare-5 and aluminum alloy hybrid joints
Palavras-chave em inglês
cyclic thermal shock
damage tolerance
fatigue
fiber-metal laminate
mechanical joints
Resumo em inglês
Glare® is a fiber-metal laminate made of alternating aluminum alloy sheets and fiberglass layers immersed in epoxy resin. Because of its lower density and greater resistance to impact and fatigue compared to aluminum alloy, it is already used in aeronautical structures, such as leading edges and upper fuselage panels. Glare can be used to replace any aerospace structure made of aluminum alloy. However, because space is a much more hostile environment than the terrestrial environment, greater attention should be paid to those applications, particularly with regard to sudden temperature variations caused by cycles of terrestrial shadow followed by direct exposure to the Sun that such structures (spaceships, space stations and satellites) are subjected to and which lead to thermal failure. Mechanical fatigue caused by in-service launch vibrations, as well as course changes to avoid space debris and regain altitude, must also be considered. The presence of mechanical joints with stress concentrators (rivet holes) and the occurrence of wear between the contact surfaces as a result of low intensity movements should not be overlooked. The current study looked at three single-lap mechanical joint configurations: one composed only of aluminum alloy sheets and two composed of aluminum alloy and Glare, one in which the aluminum alloy sheet is the countersunk sheet and one in which it is the Glare sheet. Those joints were subjected to previous fatigue loads to induce damage of varying magnitudes, followed by extreme thermal shocks, and then fatigue until complete rupture. It was discovered that using Glare panels results in lighter joints with greater reliability and predictability. However, using Glare panels is not always advantageous, because their performance is directly related to the role of the panel in the joint; using the Glare as the countersunk panel resulted in significantly better performance than a traditional joint between aluminum panels, while using it as the non-countersunk panel resulted in significantly lower performance than the latter. As a result, the findings of this study highlight the importance of conducting analyses on the behavior of components and materials under operating conditions, allowing for the evaluation of synergistic effects of the component panels that may impair their performance.
 
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Data de Publicação
2023-03-20
 
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