Upload
truongtram
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Comportamento Mecânico de
Materiais
Estruturas Aeroespaciais I (10362)
2017
Pedro V. Gamboa Departamento de Ciências Aeroespaciais
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
2
Tópicos
• Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações.
• Ensaio de materiais e estruturas aeroespaciais.
• Materiais isotrópicos e ortotrópicos.
• Equações constitutivas.
• Extensometria.
• Corrosão.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
3
1. Principais materiais
aeronáuticos e suas aplicações
A atividade aeroespacial tem uma dimensão tecnológica
bastante abrangente, recorrendo a uma grande diversidade de
materiais.
Os requisitos principais dos materiais usados em estruturas
aeroespaciais devem ser:
• boa resistência específica;
• elevada fiabilidade/tolerância ao dano
• facilidade de fabrico
• preço!
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
4
1. Principais materiais
aeronáuticos e suas aplicações
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
5
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.1. Ligas de alumínio
As ligas de alumínio apresentam:
• baixa densidade ( 2,7g/cm3 ou 2700kg/m3)
• boa resistência específica (tensões limite de aprox. 690MPa)
• boa resistência à corrosão (em determinadas circunstâncias!)
• boa condutibilidade térmica e elétrica
• são relativamente baratas
Em contrapartida, apresentam:
• um relativamente baixo módulo de elasticidade (aproximadamente
1/3 do valor relativo aos aços)
• baixo ponto de fusão
• alguns problemas de corrosão/fadiga (fratura intergranular sob
tensão)
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
6
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.1. Ligas de alumínio
As ligas de alumínio são classificadas de acordo com o elemento
de liga mais abundante, usando-se uma designação com 4
dígitos:
Alumínio puro (99% mínimo)
Ligas consoante os principais
elementos:
•Cobre
•Manganês
•Silício
•Magnésio
•Magnésio e silício
•Zinco
•Outros elementos (lítio)
Série livre
1xxx
2xxx
3xxx
4xxx
5xxx
6xxx
7xxx
8xxx
9xxx
Tipo
de
Liga
Estado Resistência à
tração
[MPa]
2024 Recozido(O)
Trat. térmico (T6)
220
442
7075 Recozido (O)
Trat. térmico (T6)
276
504
Dois exemplos p/ uso aeronáutico:
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
7
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.1. Ligas de alumínio
Liga Características Aplicações
2XXX
• Tratável termicamente
• Alta resistência com temperatura
• Apta para ligações mecânicas; algumas variantes
(como 2219 e 2048) são soldáveis;
• Estruturas de aeronaves
• 2195 (Li, E elevado): tanques de
combustível Space Shuttle;
• 2124, 2324 e 2419: alta resistência à
fratura.
3XXX
• Excelente resistência à corrosão;
• Boa conformabilidade e soldabilidade;
• Resistência limite média;
• Permutadores de calor (3003);
• Indústria alimentar (3004)
5XXX
• Excelente resistência à corrosão;
• Mecanicamente endurecível e boa soldabilidade;
• Boa resistência à fratura a muito baixas
temperaturas;
• Tanques criogénicos
• Ambientes salinos;
7XXX
• Muito alta resistência (incluindo fadiga)
• Tratável termicamente
• Fraca soldabilidade (excepto 7005 e 7029)
• Estruturas e componentes
aeronáuticos (7050, 7150, 7175, 7075)
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
8
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.2. Aços
O aço é um dos materiais mais utilizados devido às suas boas
características de resistência, dureza e ao seu baixo preço
(relativo!).
Algumas ligas têm propriedades particulares que as distinguem
(utilizações a alta temperatura, resistência à corrosão,
soldabilidade, resistência à abrasão, etc.).
Possuem, porém, uma densidade elevada (7,8g/cm3 ou
7800kg/m3).
Existem, sobretudo, duas famílias de aços:
• aços-carbono
• aços de baixa liga
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
9
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.2. Aços
O teor de carbono nos aços-carbono pode atingir um teor
máximo de 1,2%, havendo uma relação direta entre a quantidade
de carbono e a resistência/dureza do material.
Para este tipo de aços, e na nomenclatura AISI-SAE, de 4 dígitos,
os primeiros dois dígitos passam a “1X”, e os últimos dois
representam a percentagem existente deste elemento (em
centésimas).
Os aços ligados podem conter até 50% de elementos de liga,
embora seja habitual recorrer a concentrações na ordem dos 1 a
4%.
Na nomenclatura AISI-SAE, os dois primeiros dígitos indicam os
principais elementos de liga e os dois últimos a percentagem de
carbono
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
10
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.2. Aços
Alguns exemplos:
Caso especial: aços inoxidáveis!
Especialmente recomendados para aplicações resistentes à
corrosão, têm um teor mínimo de 12% de Cr.
“Melhores” os austeníticos (de 7% a 20% de Ni) do que os
ferríticos e martensíticos.
41xx Crómio: 0.5, 0.8 ou 0.95; Molibdénio: 0.12, 0.2 ou 0.3
46xx Níquel: 0.85 ou 1.83; Molibdénio: 0.2 ou 0.25
92xx Silício: 2.0; ou silício 1.4 e crómio 0.7
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
11
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.2. Aços
Propriedades:
Properties Carbon Steels Alloy Steels Stainless Steels Tool Steels
Density (1000 kg/m3)
7.85 7.85 7.75-8.1 7.72-8.0
Elastic Modulus (GPa)
190-210 190-210 190-210 190-210
Poisson's Ratio
0.27-0.3 0.27-0.3 0.27-0.3 0.27-0.3
Tensile Strength (MPa)
276-1882 758-1882 515-827 640-2000
Yield Strength (MPa) 186-758 366-1793 207-552
380-440
Percent Elongation (%)
10-32 4-31 12-40 5-25
Hardness (Brinell 3000kg)
86-388 149-627 137-595 210-620
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
12
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.3. Outras ligas metálicas
Magnésio – material muito leve, com uma densidade abaixo do
alumínio (1,74g/cm3 ou 1740kg/m3). Tem, porém, muitas
limitações. Baixa resistência mecânica, à fadiga/fluência e ao
desgaste.
Titânio – Excelente resistência mecânica (pode atingir quase
1500MPa à tração) e moderada densidade ( 4.5g/cm3 ou
4500kg/m3). Limitações de aplicação a alta temperatura
(<600ºC) e solicitações de fluência. Preço elevado. Difícil
soldabilidade.
Níquel – destacam-se as superligas de níquel (como Inconel,
Udimet, RR1000, etc.) devido à sua excelente resistência à
fadiga-fluência a alta temperatura. Muito caras. Densidade
elevada (> 8g/cm3 ou 8000kg/m3).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
13
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.3. Outras ligas metálicas
Exemplo de duas ligas de Níquel:
Alloy Cr Mo Ti Al Co Zr W Fe B C Ta Hf
U720Li 16.2 3.2 5.1 2.6 14.5 0.035 1.7 0.072 0.022 <0.1
RR1000 15 5 3.6 3.0 18.5 0.06 0.015 0.027 2.0 0.07
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
14
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.3. Outras ligas metálicas
As superligas de níquel possuem uma microestrutura de
pequeno tamanho de grão com uma elevada dispersão de fases
secundárias na matriz do material elevada resistência:
30 μm
4800x
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
15
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.4. Aplicações de ligas metálicas
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
16
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.5. Compósitos
Material que abarca duas ou mais fases distintas e separadas,
combinadas de modo a garantirem um bom desempenho
mecânico de todo o conjunto.
Constituído por um material de reforço, fibras, e um material de
suporte, matriz.
Propriedades gerais:
• Excelente resistência específica;
• Excelente conformabilidade;
• Possibilidade de definição de orientações de solicitação
preferenciais;
• Boa resistência à corrosão e fadiga.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
17
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.5. Compósitos
Existem principalmente duas famílias de compósitos: de matriz
polimérica e de matriz metálica.
Os compósitos poliméricos são largamente utilizados na indústria
aeronáutica, principalmente os reforçados com fibras de carbono
(CFRP).
Imagem de uma observação
microscópica de um compósito laminado
de carbono-epoxy (com fibra óptica
embebida na estrutura)
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
18
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.5. Compósitos
GLARE: compósito híbrido desenvolvido em 1987 estruturado em
várias camadas de metal (alumínio) alternadas com camadas de
fibra de vidro (GFRP) alinhadas em diferentes direções.
A agregação destes dois elementos é feita com recurso a resina
epoxídica.
Como características,
apresenta uma
excelente tolerância
ao dano (fadiga e
corrosão) e uma
óptima resistência
específica.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
19
1. Principais materiais aeronáuticos e suas aplicações
1.6. Madeira
A madeira ainda é,
atualmente, um material
utilizado na construção de
estruturas de aeronaves
ligeiras.
Possui como principais
características:
• Boa resistência específica;
• Excelente resistência à
fadiga;
• Preço acessível;
• Material natural, abundante
e reciclável.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
20
2. Ensaio de materiais
O comportamento mecânico de qualquer material deve ser
avaliado através de vários tipos de ensaios mecânicos
adequados:
• Tração
• Compressão
• Corte
• Flexão
• Fadiga
• Fluência
• etc.
Devem seguir-se normas e procedimentos de ensaio adequados
(por exemplo, normas ASTM).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
21
2. Ensaio de materiais
Ensaio de fadiga à tração a alta temperatura
Ensaio de fadiga à flexão
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
22
2. Ensaio de materiais
2.1. Ensaio de tração
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
23
2. Ensaio de materiais
2.1. Ensaio de tração
Exemplos de curvas tensão-extensão:
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
24
2. Ensaio de materiais
2.2. Ensaio de fluência
Fluência – deformação de um material ao longo do tempo sob a
ação de uma carga constante.
Promove uma rutura intergranular nos metais, problema que
merece especial cuidado em altas temperaturas.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
25
2. Ensaio de materiais
2.3. Ensaio de fadiga
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
26
3. Materiais isotrópicos e
ortotrópicos
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
27
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Um material pode ser definido como sendo ortotrópico se possuir
diferentes características físicas (mecânicas) e térmicas
relativamente às três direções ortogonais de referência.
Alguns exemplos: contraplacado de madeira, compósito
laminado, etc..
Se assumirmos que um material tem um comportamento
puramente elástico, então podemos estabelecer uma relação
direta entre a tensão aplicada e a extensão verificada.
A constante de proporcionalidade entre ambas é conhecida como
módulo de elasticidade ou módulo de Young (E).
A relação matemática, conhecida como Lei de Hooke, assume a
forma
E
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
28
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Assim, se considerarmos a extensão provocada por uma tensão
aplicada segundo a direção x, tem-se
No entanto, verifica-se que em grande parte dos materiais
elásticos que sofrem um alongamento segundo uma dada direção
de referência se dá um “encurtamento” nas restantes outras
duas direções perpendiculares.
Este fenómeno é conhecido como efeito de Poisson e é traduzido
pelo coeficiente de Poisson
E
xxxx
xx
zz
xx
yy
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
29
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Para um material ortotrópico existem diferentes coeficientes de
Poisson conforme se considerem interações entre diferentes
direções de referência.
Adota-se, pois, uma representação com dois subscritos com a
seguinte convenção:
• 1º subscrito: identifica a direção da extensão de onde deriva o
efeito;
• 2º subscrito: identifica a direção para onde o efeito é transferido;
Portanto, a influência das tensões aplicadas segundo y e z nas
extensões consideradas segundo x podem ser aferidas
considerando, respetivamente
z
zzzx
y
yy
yxEE
;
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
30
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Então, a extensão total segundo a direção x é dada pela
expressão
Note-se que as extensões segundo cada direção de referência
apenas sofrem o efeito das tensões diretas aplicadas segundo
essas direções, não havendo influência das tensões de corte.
Contudo, as tensões de corte levarão a distorções nas
componentes que terão diferentes valores consoante o plano de
referência considerado.
Assim, podemos escrever as seguintes relações lineares entre
diferentes pares de tensões e extensões de corte
z
zzzx
y
yyyx
x
xxxx
EEE
yzyzyzxzxzxzxyxyxy GGG ; ;
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
31
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
A constante de proporcionalidade G tem o nome de módulo de
elasticidade transversal ou de corte.
Finalmente, há que considerar possíveis extensões associadas a
efeitos térmicos.
Assim, se um dado material ortotrópico, com um coeficiente de
expansão térmica , sofrer uma variação de temperatura dada
por T, então a extensão consequente avaliada segundo a
direção x será
Note-se que os efeitos térmicos não induzem tensões de corte e
são independentes da aplicação de quaisquer tipos de cargas
mecânicas!
Txxx
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
32
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Combinando todas as contribuições (mecânicas e térmicas) para
as deformações atuantes num material ortotrópico, podemos
escrever as equações tensão-deformação completas que, em
formato matricial, assumem o seguinte aspeto
onde
(3.01) TS
Tzyx
T
yzxzxyzzyyxx
T
yzxzxyzzyyxx
000
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
33
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
e
é a matriz de flexibilidade.
Atendendo a que a matriz de flexibilidade deve ser simétrica,
então facilmente chegamos a três relações entre os módulos de
elasticidade e os coeficientes de Poisson
y
yz
z
zy
z
zx
x
xz
y
yx
x
xy
EEEEEE
; ;
yx
xz
xy
zyyzxxz
zzyyxxy
zzxyyxx
G
G
G
EEE
EEE
EEE
S
/100000
0/10000
00/1000
000/1//
000//1/
000///1
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
34
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.1. Materiais ortotrópicos
Alguma manipulação algébrica pode ser feita de modo a
encontrarmos um conjunto de equações que relacionem as
tensões com as deformações.
Assim, multiplicando a equação (3.01) pela inversa da matriz de
flexibilidade
Considerando que a inversa da matriz de flexibilidade assume a
designação de matriz de rigidez e é representada por [K]
Estas são as equações tensão-deformação ou constitutivas.
11
111
STS
TSSSS
(3.02) KTK
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
35
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.2. Materiais isotrópicos
Um material isotrópico é aquele que evidencia as mesmas
propriedades (mecânicas e térmicas) em todas as direções (ex:
maioria dos metais).
As equações constitutivas para um material isotrópico podem ser
obtidas por simplificação daquelas relativas aos materiais
ortotrópicos, havendo apenas um valor único para E, G , e
em todas as direções
(3.03)
0
0
0
/100000
0/10000
00/1000
000/1//
000//1/
000///1
T
G
G
G
EEE
EEE
EEE
yz
xz
xy
zz
yy
xx
yz
xz
xy
zz
yy
xx
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
36
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.2. Materiais isotrópicos
ou
As equações tensão-deformação podem ser obtidas recorrendo
às constantes de Lamé e
onde
TS
(3.04)
yzyzzzzz
xzxzyyyy
xyxyxxxx
GTe
GTe
GTe
; 232
; 232
; 232
(3.05)
2 ;
12
23 ;
211
E
EE
e zzyyxx
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
37
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.2. Materiais isotrópicos
Foi anteriormente demonstrado noutras disciplinas (Mecânica
dos Materiais) que, para o caso dum material isotrópico, a
constante de Lamé é igual ao módulo de elasticidade
transversal G.
Por isso
Da expressão anterior, constata-se que só existem duas
constantes elásticas independentes para o caso de um material
isotrópico.
O intervalo de variação possível para o coeficiente de Poisson de
um material isotrópico (excluindo casos especiais!) é
12
EG
5.00
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
38
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.2. Materiais isotrópicos
Pode ainda definir-se um outro tipo de material material
anisotrópico: aquele que não tem eixos ou planos de simetria em
termos das suas propriedades, havendo uma interação entre
todas as tensões e extensões independentemente da direção de
referência considerada (i.e., a matriz de flexibilidade não tem
zeros).
Esta é uma situação muito pouco usual na prática.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
39
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.3. Equações constitutivas em estado
plano de tensões
Considerando um estado plano de tensões, as equações gerais de
tensão-deformação para um material ortotrópico reduzem-se
para a seguinte forma
devendo considerar-se as seguintes equações auxiliares
(3.06)
0/100
0/1/
0//1
y
x
xy
yy
xx
xy
yxxy
yyxx
xy
yy
xx
T
G
EE
EE
(3.07) TEE
zyy
y
yz
xx
x
xzzzyzxz
0
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
40
3. Materiais isotrópicos e ortotrópicos
3.3. Equações constitutivas em estado
plano de tensões
As equações tensão-deformação para um material isotrópico
podem ser obtidas invertendo as expressões anteriores e fazendo
as simplificações necessárias
(3.08)
0
1
1
11
2
100
01
01
1 2
TEE
xy
yy
xx
xy
yy
xx
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
41
4. Extensometria
Existem diversas técnicas experimentais adequadas à medição
de extensões.
No entanto, devido à sua simplicidade e relativo baixo custo, a
utilização de extensómetros elétricos é seguramente a mais
utilizada.
Um extensómetro elétrico baseia-se no princípio físico da
variação da resistência elétrica de um condutor através da
variação das suas dimensões físicas, i.e., comprimento e secção
transversal.
Assim, quando um condutor é alongado (aumento de
comprimento), resulta uma diminuição da sua secção transversal
e, consequentemente, um aumento da sua resistência, e vice-
versa.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
42
4. Extensometria
Este princípio físico foi usado a partir das décadas de 1930-40
para a medição efetiva de extensões em estruturas e
componentes em engenharia.
Note-se que, conhecendo as extensões num dado local de um
componente, facilmente se conseguem definir os campos de
tensões e deslocamentos associados a essa posição do
extensómetro.
As figuras seguintes mostram algumas configurações geométricas
de diferentes tipos de extensómetros.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
43
4. Extensometria
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
44
4. Extensometria
decrease
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
45
4. Extensometria
A seleção apropriada de um extensómetro obedece a diferentes
requisitos de instalação e operação, designadamente:
• sensibilidade do extensómetro em função do tipo de liga do
filamento;
• tipo de material de suporte;
• valor nominal da resistência elétrica do extensómetro;
• configuração geométrica do extensómetro;
• temperatura(s) de serviço;
• comprimento útil do extensómetro (gauge length).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
46
4. Extensometria
Outros constrangimentos operacionais devem ser considerados,
tais como, por exemplo:
• precisão de medição;
• fiabilidade face a aplicação de cargas dinâmicas (fadiga);
• local de instalação;
• efeitos ambientais;
• …
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
47
4. Extensometria
Habitualmente, a variação da resistência de um extensómetro é
avaliada com recurso a uma ponte de Wheatstone, podendo
assumir as configurações de quarto de ponte (uso de um
extensómetro num ramo da ponte), meia ponte (dois
extensómetros ) ou ponte completa (4 extensómetros).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
48
4. Extensometria
Vejamos, agora, como se consegue
determinar um campo de extensões
através da técnica de extensometria.
Considere-se, pois, um corpo sujeito a
um carregamento arbitrário no qual se
instala um extensómetro do tipo roseta,
como o indicado na figura.
Podemos recorrer à equação (2.31)
simplificada, uma vez que o
extensómetro estando à superfície do
corpo é perpendicular ao eixo z (i.e.,
todos os cosenos diretores com subscrito
z são nulos).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
49
4. Extensometria
Assim
Devemos fazer coincidir, alternadamente, a direção n com a
direção de cada extensómetro, de modo a que a extensão n
corresponda à extensão medida por cada extensómetro.
Isto resultará num sistema de 3 equações e 3 incógnitas.
(3.09)
2sin2
sincos 22 xy
yxn
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
50
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
Como visto acima, as tensões num ponto na superfície de um
material podem ser obtidas através das extensões nesse ponto,
usualmente com extensómetros de resistência elétrica dispostos
na forma de uma roseta como mostra a figura 3.01.
Figura 3.01 Roseta de extensómetros.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
51
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
Suponha-se que I e II são as extensões principais no ponto,
então se a, b e c forem as extensões medidas nas direções ,
+ e ++b relativamente a I, da relação geral das extensões
diretas planas da equação (3.09) tem-se
Uma vez que x fica I, y fica II e xy é zero pois as direções x e
y ficaram as direções principais.
Reescrevendo a equação (3.10) tem-se
ou
(3.10) 22 sincos IIIa
2
2cos1
2
2cos1
IIIa
(3.11)
2cos22
IIIIII
a
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
52
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
De forma idêntica
Assim, se a, b e c são medidas em direções dadas, isto é
ângulos e b conhecidos, então I, II e são as únicas
incógnitas nas equações (3.11)-(3.13).
As tensões principais são depois obtidas substituindo I e II nas
equações (2.52).
Logo
(3.12)
2cos
22
IIIIIIb
(3.13) b
2cos
22
IIIIIIc
(3.14) IIIIE
1
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
53
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
e
Resolvendo as equações (3.14) e (3.15) obtém-se
e
Uma roseta típica pode ter =b=45º pelo que as extensões
principais podem ser obtidas facilmente a partir do círculo de
Mohr.
(3.15) IIIIIE
1
(3.16) IIII
E
21
(3.17) IIIII
E
21
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
54
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
Suponha-se que o braço a da roseta está inclinado de um ângulo
desconhecido em relação ao eixo da extensão principal
máxima como na figura 3.01.
O círculo de Mohr das extensões está mostrado na figura 3.02.
As extensões de corte a, b e c não aparecem na análise e, por
isso, são omitidas.
Figura 3.02 Roseta de extensómetros.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
55
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
Da figura 3.02
O raio do círculo é
Daqui
cabb
caa
ca
2
1OCCMQN
2
1OCCN
2
1OC
22 QNCNCQ
(3.18) 22
2
1
2
1CQ
cabca
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
56
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
que pode simplificar-se para dar
Então, I e II que são dados, respetivamente, por
ficam
(3.18) 22
2
1CQ bcba
círculodoraioOC
círculodoraioOC
II
I
(3.19)
22
22
2
1
2
1
2
1
2
1
bcbacaII
bcbacaI
(3.20)
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
57
4. Extensometria
4.1. Medição experimental de extensões
Finalmente, o ângulo é dado por
ou seja
Pode usar-se um procedimento idêntico para a roseta de 60º.
ca
cab
21
21
CN
QNtan2
(3.21) ca
cab
2tan2
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
58
2. Tensões e rotações em eixos coordenado
2.3. Círculo de Mohr
Exemplo 3.01: Uma barra de secção circular maciça tem um
diâmetro de 50mm e suporta um binário, T, juntamente com
uma carga de tração axial, P. Uma roseta retangular de
extensómetros colocada na superfície da barra forneceu as
seguintes medições: a=1000x10-6, b=-200x10-6 e c=-300x10-6 em
que a e c estão alinhado e perpendicular ao eixo da barra,
respetivamente. Se o módulo de Young é E=70000N/mm2 e o
coeficiente de Poisson =0,3, calcular os valores de T e de P.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
59
5. Corrosão
Estima-se que os custos diretos associados a problemas de
corrosão no setor da aviação nos EUA rondem os 2.2 biliões de
dólares.
Para além dos problemas económicos, a corrosão acarreta
problemas de segurança e ambientais sérios.
Há inúmeros casos históricos que ilustram bem a dimensão deste
problema:
– Estátua da Liberdade
– Falha do trem do Sea Harrier
– Acidentes com aeronaves
– Petroleiro Erika
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
60
5. Corrosão
5.1. Conceitos gerais
Corrosão definida genericamente como desgaste ou
degradação superficial do material (metal) quando exposto a um
ambiente reativo adequado.
Oxidação – reação onde ocorre ganho de oxigénio por parte de
uma substância (agente redutor) com consequente perda de
eletrões.
Redução – reação onde ocorre perda de oxigénio por parte de
uma substância (agente oxidante) havendo um ganho de
eletrões.
Exemplo:
Oxigénio do redução : 22
1
Magnésio do oxidação : 2
2
2
2
OeO
eMgMg
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
61
5. Corrosão
5.1. Conceitos gerais
Assim, a corrosão pode ser redefinida como uma reação redox
heterogénea no interface metal/ambiente, onde o metal é
oxidado e o meio ambiente é reduzido.
A corrosão obedece a leis termodinâmicas, sendo a energia livre
(G) o fator determinante da ocorrência espontânea (ou não) das
reações de corrosão.
Naturalmente, um metal tem tendência para regressar ao estado
em que é encontrado na natureza, verificando-se uma variação
negativa de energia livre.
O potencial de equilíbrio de um metal é calculado através da
equação de Nernst, cuja forma geral é
(3.22) rd
oxeq
a
a
nF
RTEE log3.20
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
62
5. Corrosão
5.1. Conceitos gerais
onde
• Eeq: potencial de equilíbrio do metal
• E0: potencial de elétrodo padrão do metal
• R: constante dos gases perfeitos
• T: temperatura absoluta
• n: número de eletrões envolvidos
• F: constante de Faraday
• aox: atividade da espécie oxidada
• ard: atividade da espécie reduzida
rd
oxeq
a
a
nF
RTEE log3.20
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
63
5. Corrosão
5.1. Conceitos gerais
Pilha eletroquímica básica:
• Ânodo: sofre corrosão perdendo eletrões;
criam-se iões que formam produtos de
corrosão insolúveis, podendo funcionar
como bloqueadores de corrosão
(passivação);
• Cátodo: não sofre, habitualmente,
corrosão; as reações catódicas envolvem a
libertação de hidrogénio ou a formação de
iões hidróxido;
• Eletrólito: substância ou solução que
conduz os eletrões (a água/humidade é o
meio habitual);
• Conexão elétrica: deve haver um contacto
elétrico entre o ânodo e o cátodo.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
64
5. Corrosão
5.1. Conceitos gerais
Tipos de pilhas:
• galvânicas: os elétrodos são metais diferentes
• ativa/passiva: formação de película protetora passivação
• concentração diferencial: mesmo eletrólito mas em diferentes
concentrações (o ânodo é o local com menor concentração)
• aeração diferencial: o ânodo corresponde ao local menos arejado
(menos concentração de oxigénio);
• variações de temperatura: ocorre a chamada pilha termogalvânica,
onde o ânodo é o local exposto a maior temperatura (caso dos
permutadores de calor);
• concentrações de tensão/carga mecânica (inclui corrosão
intergranular)
• ....
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
65
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão uniforme:
• Geralmente previsível e identificável não havendo grande risco de
falhas catastróficas;
• Degradação de toda a superfície do componente e diminuição das
suas dimensões (ex: espessura);
• Resulta da perda de efetividade dos revestimentos (pinturas, filmes,
etc.).
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
66
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão galvânica:
• Verifica-se entre dois metais diferentes (com diferentes potenciais
de corrosão) em contacto; forma-se, portanto, uma pilha galvânica;
• Deve-se atender à possibilidade de corrosão entre metais mais ou
menos nobres, ocupando posições extremas na série galvânica (ver
tabela);
• Pode ser facilmente evitável se houver um cuidado especial na fase
de projeto.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
67
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Série Galvânica:
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
68
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão puntiforme (pitting):
• Forma de corrosão muito localizada
revelada sob a forma de pequenas
cavidades ou buracos (picadelas); estes
buracos funcionam como concentradores
de tensão;
• A pilha de corrosão é formada por
variações de concentração do eletrólito;
• A sua difícil deteção pode levar a falhas
catastróficas;
• É um processo auto-sustentável;
• Especial cuidado com aços inoxidáveis!
• Alta suscetibilidade a ambientes ricos em
cloro.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
69
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão intergranular:
• Normalmente ocorre com a presença de
precipitados nas fronteiras de grão;
• Muitas vezes, existe segregação química que
altera a composição elementar na fronteira
dos grãos tornando esta zona numa área
anódica;
• As fronteiras são fragilizadas comprometendo a
resistência mecânica do material;
• Especiais cuidados são necessários com
materias ricos em crómio (ex: soldadura de
aços inoxidáveis – fragilização da zona afetada
pelo calor);
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
70
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
• Algumas ligas de alumínio de alta resistência (ex: aeronáuticas)
podem sofrer corrosão intergranular pela precipitação de compostos
com cobre, criando micropilhas galvânicas.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
71
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão por esfoliação:
• Forma particular de corrosão intergranular;
• Particularmente incidente sobre componentes em ligas de alumínio
laminadas ou extrudidas (microestrutura com grãos alongados e
planares);
• A corrosão nas fronteiras de grão pode levar ao aparecimento de
uma carga mecânica com ação delaminante.
Esfoliação de um
componente
aeronáutico em
alumínio 7075 –T6
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
72
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão por fretagem (fretting):
• Corrosão associada ao desgaste por
fretagem de duas superfícies em contacto
e sujeitas a um movimento relativo cíclico
e de pequena amplitude (ex: vibrações);
• Caracterizada por picadas ou fendas
originadas na zona de contacto,
principalmente quando exposta a cargas
de grande amplitude;
• Corrosão típica de maquinaria e órgãos
mecânicos sujeitos a vibrações (ex:
rolamentos e engrenagens); a falha
catastrófica acaba, muitas vezes, por estar
associada a uma combinação
fretting/corrosão/fadiga.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
73
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão por aeração diferencial:
• Esta forma de corrosão é promovida devido
ao isolamento de certas partes do
componente relativamente ao ambiente;
• Promovida por zonas “estagnadas” ou
“ocultas” (ex: fendas, juntas, orifícios, ...);
• Heterogeneidades no eletrólito (diferentes
zonas de difusão do oxigénio) pode levar à
criação de iões complexos que alteram o pH
no interior das fendas tornando o meio,
aqui, extremamente agressivo;
• Esta é uma reação auto-sustentada;
• Cuidados na fase de projeto dos
componentes e estruturas podem minorar
ou solucionar o problema.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
74
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
Corrosão por solicitação mecânica:
• Ação combinada entre uma solicitação
mecânica (estática ou cíclica) e um meio
corrosivo;
• As tensões podem ser de caráter residual
resultantes de processos de fabrico
(tratamentos térmicos, soldaduras,
conformação de componentes, ...)
• A corrosão pontual pode promover a
nucleação de fendas que se propagarão de
um modo intergranular, transgranular ou
misto perante um cenário de carregamento
mecânico cíclico;
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
75
5. Corrosão
5.2. Tipos de corrosão
• A fadiga elimina as películas passivas protetoras levando a uma
maior velocidade de oxidação do material; por sua vez, esta
oxidação favorece a propagação da fenda, que ocorre para menores
níveis de tensão;
• Problema de difícil deteção podendo resultar em ruínas
catastróficas.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
76
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Formas de corrosão mais comuns:
• Aeração diferencial (rebites, juntas de paineis, tubagens, etc.);
• Corrosão galvânica por diferentes metais (uniões, conexões, etc.)
• Corrosão sob tensão.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
77
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Fatores promotores:
• Ambientes agressivos (mar,
poluição atmosférica,
amplitudes térmicas);
• Solicitações mecânicas
exigentes (cargas cíclicas,
vibrações, manobras, ...);
• Idade avançada de algumas
frotas.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
78
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Caso real:
• Corrosão numa bomba de combustível;
• Corrosão severa do corpo interior de uma bomba de combustível de
motor alternativo levou a falha de alimentação e ocorrência de
acidente.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
79
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Algumas considerações de projeto podem minorar o problema da
corrosão em aeronaves:
Seleção de materiais:
• uso de novas ligas de alumínio mais resistentes à corrosão (7055-
T7751);
• uso cada vez maior das ligas de titânio;
• abandono dos componentes em magnésio em estruturas primárias;
• uso crescente de compósitos (cuidado com o carbono!);
• novas técnicas de fabrico (ex: grenalhagem);
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
80
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Acabamentos:
• Uso de filmes protetores (cadmiagens em aços inoxidáveis e ligas de
titânio) para evitar corrosão galvânica;
• recentemente, não aplicar selante aos painéis em alumínio
anodizado para melhorar a adesão do primário (pintura mais
resistente).
Drenagem:
• aplicar drenos a todas as cavidades;
Selagem:
• todas as juntas podem ser seladas recorrendo a um composto de
polisulfida que impede a corrosão por aeração diferencial (junções
de painéis, junta asa/fuselagem, etc);
• pode ser utilizado para evitar a corrosão galvânica em metais com
diferentes potenciais de corrosão;
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
81
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Facilidade de inspeção:
• devem ser contempladas portas e/ou outras zonas de acesso
destinadas à inspeção de áreas não visíveis da aeronave;
Aplicação de programas de controlo da corrosão
Alguns exemplos de projeto:
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
82
5. Corrosão
5.3. Corrosão em aeronaves
Alguns exemplos de projeto:
MAU
BOM
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
83
5. Corrosão
5.4. Processos de controlo de corrosão
Eletrodeposição
Consiste em promover um revestimento metálico fino (ex: ouro, prata,
cobre, níquel, cádmio, crómio, zinco, ...) para garantir a proteção
adequada da peça base.
Normalmente, faz-se passar uma corrente elétrica por um banho
contendo iões dissolvidos que irão ser atraídos para o substrato
(cátodo).
Para que o depósito seja cristalino, o processo deve ser lento, o que
garante uma boa adesão.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
84
5. Corrosão
5.4. Processos de controlo de corrosão
Deposição auto-catalítica
Semelhante à eletrodeposição, mas dispensa a aplicação de uma fonte
de corrente elétrica externa.
A deposição do metal é feita por uma reação espontânea na superfície
do material dando origem a revestimentos de alta qualidade e muito
compactos.
Recomendado para peças com geometrias complexas e zonas de difícil
acesso.
Anodização
Formação de um filme de óxido passivo num metal (normalmente
alumínio) através de processos electrolíticos ou químicos.
Deve-se proceder à selagem desta camada de óxido que é porosa.
Faculdade de Engenharia
Universidade da Beira Interior
Estruturas Aeroespaciais I – 2014-2017
Departamento de Ciências Aeroespaciais
Pedro V. Gamboa
José Miguel A. Silva
85
5. Corrosão
5.4. Processos de controlo de corrosão
Proteção Catódica
Utilização de ânodos de sacrifício (ex. magnésio) ou aplicação de
uma corrente impressa.
Proteção Anódica
Utilização de uma corrente elétrica externa suficientemente
elevada de modo a promover a passivação do material.
Pintura eletroforética
Processo de pintura de materiais condutores por tintas
poliméricas compostas por agregados com grande carga.
Ideal para zonas de difícil acesso.