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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.88.2008.tde-14052010-171330
Document
Author
Full name
Alan Rodrigo Marinho Gualberto
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Tarpani, José Ricardo (President)
Bose Filho, Waldek Wladimir
Rezende, Mirabel Cerqueira
Title in Portuguese
Metodologias para a determinação das propriedades de impacto de baixa energia de laminados metal-fibra
Keywords in Portuguese
Impacto de baixa energia
Laminado metal-fibra
Resistência e tolerância a danos
Abstract in Portuguese
Aplicações dos laminados híbridos metal-fibra incluem, além da indústria aeronáutica, as indústrias naval e automobilística. Diferentemente do setor aeronáutico, pesquisas sobre impactos mecânicos nas duas outras áreas da mobilidade são freqüentemente limitadas pela disponibilidade de equipamentos laboratoriais, de modo que é desejável o desenvolvimento de procedimentos de baixo custo para a determinação da resistência e tolerância a danos por impacto dos materiais de construção. Neste trabalho, a resistência a danos por impacto transversal do laminado híbrido metal-fibra Glare-5® foi determinada via três diferentes metodologias. A primeira utiliza um aparato sofisticado aparato Laser-Doppler para monitorar a aceleração e desaceleração de um impactador esférico de aço com 5 mm de diâmetro durante o evento do choque mecânico. O segundo método se baseia apenas nos valores de carga (força aplicada) vs. o tempo de impacto para a obtenção da energia absorvida pelo material. O terceiro considera somente os dados da velocidade do impactador, ou projétil, imediatamente antes e após o impacto. Concluiu-se que os valores de energia obtidos segundo as duas primeiras metodologias são similares, com o Laser-Doppler gerando resultados levemente não-conservadores, comprovando assim a possibilidade da derivação da resistência ao impacto do laminado através de um experimento simples e rápido, que utiliza apenas uma célula de carga digital para a monitoração da força aplicada em função do tempo. O terceiro método apresentou resultados substancialmente superiores às duas primeiras metodologias, sendo classificado como inadequado aos propósitos do projeto. Determinou-se que o laminado híbrido Glare-5®; absorve entre 60% e 80% da energia disponibilizada em impactos ditos leves, no intervalo de 1 a 6 Joules. Por fim, comprovou-se que a rigidez do material (módulo de elasticidade) é a propriedade residual (numa base de tolerância a danos) mais clara e consistentemente degradada pelo impacto previamente aplicado ao material.
Title in English
Methodologies to determine low-energy impact properties of fiber-metal laminates
Keywords in English
Damage resistance and tolerance
Fiber-metal laminate
Low-energy impact testing
Abstract in English
Applications of hybrid fiber-metal laminates include, besides aeronautical industry, the automotive and naval industries. Unlike aeronautical field, impact research activities in the former areas of mobility industry are frequently limited by available laboratory equipment, so that it would be desirable to develop low-cost procedures to determine impact resistance and tolerance properties of construction materials. In this work, the transversal (trans-thickness) impact resistance and tolerance of hybrid fiber-metal laminate Glare-5® have been determined via three different methodologies. The first one utilizes sophisticated apparatus comprising a Laser-Doppler device to monitor deceleration/re-acceleration of 5 mm-diameter steel-ball impactor during the mechanical shock event. The second approach merely relies on the force (applied load) vs. impact time for determining the absorbed energy during the dynamic process. The third methodology requires only impactor velocity data points, immediately before and after the impact. It has been concluded that the energy values obtained from Laser- Doppler and load cell methods are very similar, with the former method producing slightly non-conservative results, allowing one to rapidly derive the impact resistance of hybrid laminate materials through very simple experimental set-ups employing digital load cells only. The third method presented somewhat higher results as compared to the concurrent techniques, so that it has been considered as inadequate for the research purposes. This study has shown that the fibre-metal laminate Glare absorbs between 60% and 80% of the apported impact energy during light impact events (ranging from 1 to Joules). Last, but not the least, materials stiffness was the most clearly and consistently imparted residual mechanical property (in a damage tolerance basis) due to the previous applied impact loading.
 
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Publishing Date
2010-05-17
 
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