Publicação
Análise de propagação de dano e da resposta piezoresistiva em laminados de CFRP
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia | |
| dc.contributor.advisor | Silva, Abílio Manuel Pereira da | |
| dc.contributor.advisor | Pereira, João Pedro Nunes | |
| dc.contributor.author | Pereira, Duarte Amaro | |
| dc.date.accessioned | 2026-01-23T15:31:13Z | |
| dc.date.available | 2026-01-23T15:31:13Z | |
| dc.date.issued | 2025-12-09 | |
| dc.description.abstract | Os laminados de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) são amplamente utilizados em estruturas aeronáuticas devido à sua elevada resistência específica, rigidez e durabilidade. Contudo, a sua suscetibilidade a defeitos internos e externos, como a rutura frágil da matriz, delaminação e rutura de fibras, pode comprometer significativamente o desempenho estrutural e a segurança em serviço. Neste trabalho estudou-se experimentalmente a propagação de fissuras em laminados de CFRP através de ensaios de flexão em três pontos e a monitorização piezoresistiva em condições de carga cíclicas. Foram fabricados laminados em fibra de carbono em autoclave com diferentes configurações de empilhamento: unidirecional [0]10, [0]16 e [0]22, cruzada [0/90]5 e simétrica [0/45/90/-45/0]S e realizaram-se ensaios mecânicos de flexão em três pontos e ensaios cíclicos com monitorização em tempo real da resposta elétrica e observação microscópica da evolução dos danos. Os ensaios de flexão em três pontos evidenciaram comportamentos distintos à fratura para cada tipologia de empilhamento. O laminado unidirecional de 10 camadas apresentou a maior resistência máxima à flexão (1469 MPa) e o módulo de elasticidade mais elevado (136 GPa), enquanto os laminados de 16 e 22 camadas exibiram resistências 26 % e 29 % inferiores, respetivamente. O laminado simétrico revelou a maior deformação máxima (1,35 %) e flecha a meio do vão (8,16 mm), evidenciando maior capacidade de absorção de energia, ao passo que o laminado cruzado apresentou resistência de 588 MPa e deformação de 1,27 %, associadas à redistribuição de tensões entre camadas ortogonais. Nos ensaios cíclicos com monitorização piezoresistiva, todos os laminados mostraram correlação direta entre o carregamento e a variação relativa de resistência (?R/R0). O laminado simétrico apresentou a maior sensibilidade eletromecânica, com Gauge Factor (GF) médio de 247,9, aproximadamente 1,56 vezes superior ao do laminado unidirecional de 16 camadas (GF= 158,8) e 2,63 vezes superior ao do laminado unidirecional de 10 camadas (GF= 94,4). O laminado cruzado apresentou o valor mais baixo (GF= 36,4), correspondendo a uma redução de cerca de 85 % face ao laminado simétrico. Estes resultados confirmam que os laminados unidirecionais apresentam o melhor desempenho mecânico, enquanto os laminados simétricos evidenciam maior sensibilidade piezoresistiva, demonstrando o potencial dos CFRP como materiais multifuncionais self-sensing aplicáveis em sistemas de Structural Health Monitoring (SHM) aeronáuticos. | por |
| dc.description.abstract | Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) laminates are widely used in aeronautical structures due to their high specific strength, stiffness, and durability. However, their susceptibility to internal and external defects, such as matrix cracking, delamination, or fiber breakage, can significantly compromise structural performance and in-service safety. In this work, the propagation of cracks in CFRP laminates was experimentally studied through three-point bending tests and piezoresistive monitoring under cyclic loading conditions. Specimens were manufactured in an autoclave with different stacking configurations: unidirectional [0]10, [0]16, and [0]22, cross-ply [0/90]5, and symmetric [0/45/90/-45/0]S. Three-point bending tests and cyclic tests were performed with real-time monitoring of the electrical response and microscopic observation of damage evolution. This tests revealed distinct fracture behaviors for each stacking configuration. The unidirectional laminate with 10 plies exhibited the highest maximum flexural strength (1469 MPa) and the highest elastic modulus (136 GPa), while the 16- and 22-ply unidirectional laminates showed 26% and 29% lower strengths, respectively. The symmetric laminate presented the highest maximum strain (1.35%) and displacement (8.16 mm), demonstrating greater energy absorption capacity, whereas the cross-ply laminate showed a flexural strength of 588 MPa and a strain of 1.27%, associated with stress redistribution between orthogonal layers. In the cyclic tests with piezoresistive monitoring, all laminates exhibited a direct correlation between the applied load and the relative change in electrical resistance (?R/R0). The symmetric laminate exhibited the highest electromechanical sensitivity, with an average Gauge factor (GF) of 247.9, approximately 1.56 times higher than the 16-ply unidirectional laminate (GF = 158.8) and 2.63 times higher than the 10-ply unidirectional configuration (GF = 94.4). The cross-ply laminate presented the lowest value (GF = 36.4), corresponding to a reduction of about 85% relative to the symmetric laminate. These results confirm that unidirectional laminates exhibit the best mechanical performance, while symmetric laminates demonstrate the highest piezoresistive sensitivity, highlighting the potential of CFRP as multifunctional self-sensing materials suitable for Structural Health Monitoring (SHM) applications in aeronautical structures. | eng |
| dc.identifier.tid | 204137381 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/19814 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.relation | Materiais leves de alta performance para estruturas com auto-sensorização e auto-reparação recicláveis com aplicação no final do ciclo de vida | |
| dc.relation | Centre for Mechanical and Aerospace Science and Technologies | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ | |
| dc.subject | Laminados de fibra de carbono | |
| dc.subject | Modo de ruína | |
| dc.subject | Monitorização Piezoresistiva | |
| dc.subject | Materiais auto-sensores | |
| dc.subject | Carbon fiber laminates | |
| dc.subject | Failure mode | |
| dc.subject | Piezoresistive monitoring | |
| dc.subject | Self-sensing materials | |
| dc.title | Análise de propagação de dano e da resposta piezoresistiva em laminados de CFRP | por |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardTitle | Materiais leves de alta performance para estruturas com auto-sensorização e auto-reparação recicláveis com aplicação no final do ciclo de vida | |
| oaire.awardTitle | Centre for Mechanical and Aerospace Science and Technologies | |
| oaire.awardURI | https://www.compete2030.gov.pt/operacoes/listagem/COMPETE2030-FEDER-00722200/ | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/6817 - DCRRNI ID/UIDP%2F00151%2F2020/PT | |
| oaire.fundingStream | 6817 - DCRRNI ID | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
| relation.isProjectOfPublication | 81130bdb-1c8c-46c0-9cd6-dc53b2f79d27 | |
| relation.isProjectOfPublication | 6b626f2a-2035-496c-9d04-521b1367db5c | |
| relation.isProjectOfPublication.latestForDiscovery | 81130bdb-1c8c-46c0-9cd6-dc53b2f79d27 | |
| thesis.degree.name | Mestrado Integrado em Engenharia Aeronáutica |
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