Análise fractal de fraturas em modo misto I/II em compósito de matriz termoplástica

Resumo

Superfícies de fratura expressam a sequência de eventos de liberação de energia com a propagação de trincas, mostrando a relação entre os componentes da estrutura, campos de tensões locais e a formação de texturas típicas em seu relevo. No caso dos compósitos de matriz polimérica, a evolução das formações topográficas pode indicar as linhas de ação de carga, os efeitos de degradação pelo ambiente, defeitos de processamento, e outros. Assim, com o uso cada vez maior destes materiais em aeronaves, a fractografia quantitativa pode ampliar seu papel na investigação de falhas estruturais ou como ferramenta para o desenvolvimento de processos e produtos. Para tanto, é preciso adequar ou criar abordagens para o estudo quantitativo de relevos. A presente proposta baseia-se na combinação de ferramentas de medição da topografia de superfícies, como a reconstrução por extensão de foco na microscopia óptica ou a reconstrução por paralaxe de pares estéreos obtidos por microscopia eletrônica de varredura, já desenvolvidas pelo nosso Grupo, com a análise fractal de texturas formadas pelos detalhes de relevo, correspondentes aos mecanismos de fratura atuantes em modo misto (I/II) de carregamento. Visa, assim, avaliar a aplicabilidade de rotina de caracterização fractal já desenvolvida pelo Grupo para a caracterização fractográfica de um material compósito de fibras contínuas em tecidos planos de carbono, na forma de placas obtidas por prensagem com aquecimento, carga e resfriamento controlados, atendendo a padrões de construção aeronáutica. Os materiais analisados serão corpos de prova do compósito carbono-polietileno fraturados em ensaios MMB (Mixed-Mode Bending), preparados a partir de placas obtidas por prensagem axial, utilizando uma prensa automática com controle de aquecimento, carga e resfriamento. As investigações serão realizadas, prioritariamente, a partir de pilhas de imagens obtidas por microscopia óptica e processadas para levantamento do relevo e da distribuição de texturas formadas nas superfícies fraturadas. Técnicas de microscopia eletrônica de varredura, também serão empregadas, envolvendo a técnica de fractografia correlativa, onde mapas de elevações e imagens reconstruídas a partir das pilhas de imagens obtidas por microscopia óptica são associadas, pixel a pixel, com imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura, a partir de técnicas de imageamento como microscopia de ultra-baixa voltagem e pressão variável. À exceção do ensaio em modo misto, todos os demais protocolos de caracterização e processamento já foram desenvolvidos pelo Grupo, o que não trará complexidade inadequada para este trabalho de iniciação científica. As imagens geradas serão analisadas quantitativamente, utilizando rotinas de processamento e análise de imagens digitais desenvolvidas ou adaptadas por membros do grupo de pesquisa de que a candidata à bolsa é membro há mais de dois anos.