Título

DESEMPENHO EM FADIGA DE MATERIAIS METÁLICO E COMPOSTO CONCORRENTES DA INDÚSTRIA AERONÁUTICA

FATIGUE PERFORMANCE OF CONCURRENT METALLIC AND COMPOSITE MATERIALS IN AERONAUTICAL INDUSTRY

Autoria

Tarpani, José R.; Castro, Carlos E. G. de; Milan, Marcelo T.

DOI

10.5151/2594-5327-0253

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Resumo

Ensaios de curva tensão-vida (S-N) em fadiga foram conduzidos em corpos de prova de laminado híbrido metal-fibra Glare-5 e de liga monolítica Al-2024-T3, na presença de concentradores de tensão. Utilizaram-se nos experimentos três distintas razões de carga e freqüências de aplicação da carga cíclica. Concluiu-se que o desempenho em fadiga de Glare é inferior ao da liga-Al concorrente sob todas as condições impostas nos ensaios, em especial na presença de um reverso compressivo. Nesta última condição, o baixo rendimento do laminado metal-fibra foi creditado particularmente à relativamente baixa resistência das fibras fortalecedoras de vidro aos esforços de compressão, associada à reduzida rigidez estrutural das lâminas de liga-Al, ambos favorecendo o desenvolvimento de delaminações nas numerosas interfaces do metal-fibra, ou seja, fatores intrinsecamente associados à natureza híbrida e laminar de Glare. A clara deficiência de Glare-5 em resistir à nucleação de trincas (e outros danos) de fadiga, que constitui o estágio controlador do processo global de fratura em experimentos de curvas S-N, foi classificada como bastante preocupante, a despeito de sua reconhecidamente elevada resistência à propagação de trincas, especialmente em vista do possível estabelecimento de um quadro de danos em múltiplos sítios (multiple site damage) em estruturas aeronáuticas extensivamente rebitadas.

 

Stress-life (S-N curve) fatigue testing was carried out in fiber-metal hybrid laminate Glare-5 and monolithic AA2024-T3 alloy materials, in testpieces containing stress concentrators. Three distinct load ratios and cyclic loading frequencies were employed in the experiments. It has been concluded that the fatigue performance of Glare is always inferior to the aluminum alloy, especially under compressive load reversals (R<0). In such condition, the low performance of the laminate composite was credited to its intrinsic hybrid and laminar nature, as for instance, the low compressive strength of the glass fibers and the low buckling strength of the aluminum alloy layers, which favored delamination. Despite its well recognized high fatigue crack growth resistance, the remarkable deficiency of Glare-5 in resisting to fatigue crack nucleation, which constitutes the controlling stage of the global fracture process in S-N experiments, was considered of a major concern, specially in view of a multiple site damage scenario in extensively riveted aircraft structures.

Palavras-chave

Fadiga; Laminados metal-fibra; Ligas de alumínio; Materiais aeronáuticos.

Aircraft materials, Aluminum alloys, Fatigue, Fiber-metal laminates.