Title

BOBINAGEM DE ESTRUTURAS EM CASCA USANDO FIBRA DE CARBONO EM MATRIZ EPÓXI

WINDING IN SHELL STRUCTURES USING CARBON FIBRE IN EPOXY MATRIX

Authorship

Ohara, Cláudio Shiigueru; Filho, Antonio de Pádua Lima; Rezende, Mirabel Cerqueira

Ohara, Cláudio Shiigueru

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Filho, Antonio de Pádua Lima

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Rezende, Mirabel Cerqueira

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DOI

10.5151/2594-5327-0300

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Abstract

Vasos de pressão compósitos são usados em estruturas onde requer elevadas propriedades mecânicas específicas. Este trabalho tem como objetivo reforçar estruturas em casca cilíndrica (latas de alumínio 3004) por fibra de carbono T300 em matriz epóxi através da bobinagem helicoidal. Estas estruturas reforçadas foram submetidas a pressão hidrostática interna até a fratura num equipamento especialmente desenvolvido para este teste para avaliar a máxima resistência mecânica obtida e comparar com a estrutura sem reforço. A bobinagem da fibra de carbono foi realizada num torno mecânico com passe de 0,7 mm, 1,2 mm e 1,5 mm em matriz epóxi. A resistência obtida desses vasos foram respectivamente de 8,6 MPa (1250 psi), 6,2 MPa (900 psi), e 4,1 MPa (600 psi). A resistência da estrutura em casca sem reforço é aproximadamente 1 MPa (150 psi). Linhas circunferenciais, mais proeminentes para um espaçamento maior entre as fibras de carbono, foram observadas ao longo da superfície interna do vaso indicando a ação do reforço após a falha catastrófica. Latas de alumínio também foram bobinadas em camadas duplas de fibra de carbono resultando em pressões que variam entre 9,7 MPa (1400 psi) a 12,1 MPa (1750 psi). Falhas transversais foram obtidas em vez das circunferências normalmente observadas em vasos de pressão sem reforço.

Composite pressure vessels are used in structures where high specific mechanical properties are required. This work aims to reinforce cylindrical shell structures (aluminium beverage can 3004) utilizing carbon T300 fibre in epoxy resin by helical winding. These reinforced structures were submitted to internal hydrostatic pressure until the fracture in an equipment specially developed for this test to evaluate the maximum mechanical strength achieved and so to compare with the structure without reinforcement. The carbon fibre winding was carried out in a lathe with a pitch of 0.7 mm, 1.2 mm and 1.5 mm in epoxy resin. As a result, the strength obtained were respectively 8.6 MPa (1250 psi), 6.2 MPa (900 psi), and 4.1 MPa (600 psi). The metallic shell structure strength is approximately 1 MPa (150 psi). Circumferential lines are more protuberant for a larger gap between carbon fibre. These lines were observed along the internal vessel surface after the catastrophic failure. This indicates the action of the reinforcement used. Double layers of carbon fibre were wound on the aluminium can. This procedure resulted in higher pressure varying from 9.7 MPa (1400 psi) to 12.1 MPa (1750 psi). Transversal failures were obtained instead of hoop direction.

Keywords

Estrutura em casca cilíndrica; Pressão hidrostática interna; Fibra de carbono; Resina epóxi

Cylindrical shell structure; Internal hydrostatic pressure; Carbon fibre; Epoxy resin