Dependência da delaminação com a fração volumétrica de fibra em materiais compósitos laminados: análise por emissão acústica

Abstract

Delamination is a type of damage that limits the use of fiber reinforced plastics (FRP) as a structural material. Since current damage prediction models are widely based on empirical relations. The understanding of the micro-mechanisms of damage, developed during crack propagation, might be required to develop crack propagation models based on physical concepts. Thus, this research focuses on an investigation of mode I interlaminar fracture mechanisms using acoustic emission technique (AE), and the characteristic feature of AE associated with varying fiber volume fraction. The study was based on a biaxial carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composite that was tested in double cantilever beam (DCB) configuration with different values of fiber volume fraction (FVF). It was found that the occurrence of damage mechanisms starts in earlier phases as compared to standard techniques (Non-linearity between load and displacement - NL, and the first increment in delamination length - VIS). The influence of the FVF on the crack propagation was evidenced with a correlation between the AE signals rate detection and the crack propagation behaviour. The Scanning electron microscopy (SEM) of the fracture surfaces revealed that a smooth surface yields a low density of acoustic emission signal

Delaminação é um tipo de dano que limita o uso de polímeros reforçados com fibras como um material estrutural, uma vez que modelos atuais de predição de dano são amplamente baseados em relações empíricas. O entendimento de micro mecanismos de dano, desenvolvidos durante a propagação da trinca, pode ser necessários para o desenvolvimento de modelos de propagação de trinca baseados em conceitos físicos. Portanto, este projeto de pesquisa foca na investigação dos mecanismos de fratura interlaminar no modo I, utilizando como meio de detecção a técnica de emissão acústica (EA), e o comportamento acústico característico de acordo com a variação da fração volumétrica de fibra (FVF). O estudo foi baseado em um compósito de matriz polimérica reforçado com um tecido biaxial de fibra de carbono o qual foram confeccionadas amostras do tipo double cantileaver beam (DCB) com diferentes valores de FVF. Foi observado que a ocorrência de mecanismos de dano tem seu início antes do observado por técnicas normalizadas (não linearidade entre a carga e o deslocamento - NL, e o primeiro incremento no comprimento da delaminação - VIS). A influência da FVF na propagação da trinca foi evidenciada com uma correlação entre a detecção da taxa dos sinais de EA e o comportamento de propagação da trinca. A microscopia eletrônica por varredura (MEV) das superfícies de fratura revelou que uma superfície regular (lisa) associada a uma baixa densidade de EA