Compósitos - Materiais e Aplicações

Objectivos

1)     Regras para um material ser "compósito". Classes de compósitos. Propriedades dos compósitos vs. famílias de materiais convencionais. Pontos "fortes" e "fracos" dos compósitos.

 

2)     Conhecimento da anisotropia mecânica, e de como ela pode servir à construção de lâminas/laminados ortótropos. Nos compósitos não-laminares ( "monolíticos" ), ter conhecimento de como controlar  "rigidez" e "resistência" direccionais, em função da natureza e forma do reforço.

 

3)     Conhecer a influência dos "defeitos de fabrico" nas propriedades mecânicas, em particular na "resistência" e "tenacidade à fractura" de uma peça compósita, e de como compensar essa deficiência por modificação das "interfaces" -- sabendo como as reacções as alteram, e como podem ser protegidas.

 

Utilizar todos estes conceitos para uma nova metodologia de projecto em materiais estruturais de engenharia – sabendo por regras de "selecção de materiais" se o compósito produzido é o melhor material para a função.

Caracterização geral

Código

10144

Créditos

6.0

Professor responsável

Alexandre José da Costa Velhinho

Horas

Semanais - 5

Totais - 84

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

N/A

Bibliografia

Daniel Gay, Suong V. Hoa, “Composite Materials – Design and Applications", 2nd edition, ed. CRC Press, Boca Raton – London – New Tork (2007), 548 pp.

D. Hull, T.W. Clyne, “An Introduction to Composite Materials", 2nd edition, Cambridge Solid State Science series, ed. Cambridge Press University, Cambridge (1996), 326 pp.

T.W. Clyne, P.J. Withers, “An Introduction to Metal Matrix Composites”, Cambridge Solid State Science series, ed. Cambridge University Press, Cambridge (1995) 510 pp.

B. Cantor, F.P.E. Dunne, I.C. Stone (Eds.) “Metal and Ceramic Matrix Composites”, Science in Materials Science and Engineering series, ed. Institute of Physics, Bristol – Philadelphia (2004) 430 pp.

Valery V. Vasiliev, Evgeny V. Morozov, “Mechanics and Analysis of Composite Materials”, ed. Elsevier, Amsterdam (2001) 430 pp.

Método de ensino

Consideram-se dois tipos de aulas: teóricas / teórico-práticas e de laboratório. As aulas teóricas, bem como as teórico-práticas, serão ministradas com recurso a projector multimédia, tendo os estudantes acesso a cópia do conteúdo projectado na página da disciplina, suportada na plataforma Moodle. Será igualmente realizada a resolução de problemas, efectuado o estudo de casos, recorrendo à análise de artigos científicos. Os trabalhos de laboratório serão realizados pelos próprios estudantes, sob orientação do docente e focam os diferentes tópicos do programa.

O ensino poderá ser complementado por uma visita de estudo à unidade de produção de compósitos das OGMA, ou outra unidade equivalente, igualmente sujeita à apresentação de relatório.

O ensino tem um carácter teórico/prático e experimental que permitirá aos alunos adquirir e aplicar os conhecimentos no desenvolvimento de novos materiais compósitos para as mais diversas aplicações. Nas aulas teórico/práticas a matéria é exposta e são estudados casos (análise de artigos científicos) e resolvidos problemas assentes em situações reais, o que permitirá a consolidação dos conhecimentos que posteriormente serão postos em prática nas aulas de laboratório. Desta forma, aulas teóricas/práticas e de laboratório complementam-se de forma a fornecer uma aprendizagem integrada. Os trabalhos de laboratório assumem um peso importante na avaliação da unidade curricular já que é através destes que os alunos adquirem competências em termos experimentais que lhes permitirão aplicar técnicas laboratoriais diversas no desenvolvimento de novos materiais compósitos. A realização de uma visita de estudo permitirá ainda aos alunos a necessária transposição de conceitos para o ambiente industrial.

No decurso do semestre, proceder-se-á a um apelo constante a conhecimentos adquiridos anteriormente (Metalurgia Física, Materiais Cerâmicos, Química e Física de Polímeros, Mecânica de Materiais, Processamento de Materiais Metálicos, Cerâmicos e Poliméricos …), procurando ainda estabelecer as bases para assuntos relacionados a tratar em unidades curriculares posteriores.

Método de avaliação

A avaliação será constituída por 2 testes, complementados por um trabalho de grupo, cuja classificação corresponderá à componente prática.

A dispensa do exame final está condicionada à obtenção de frequência, conjuntamente com uma classificação média positiva resultante dos dois testes.

Em caso de dispensa do exame final (Ép. de Recurso), a classificação da unidade curricular será determinada com base na média dos testes (componente teórica, com uma ponderação de 0,6) e na classificação da componente prática (com uma ponderação de 0,4).

Em caso de sujeição ao exame final, a classificação deste substituirá a componente teórica no cálculo acima descrito da classificação final da unidade curricular.

Conteúdo

  • Materiais Compósitos: promessas e desafios para a Ciência e a Engenharia de Materiais.
  • Processos de fabrico de materiais compósitos.
  • Reforços e matrizes.
  • Arquitecturas de fibras.
  • Deformação elástica de materiais compósitos:
    • reforçados por fibras longas;
    • laminados;
    • reforçados por fibras curtas;
    • reforçados por partículas.
  • A região interfacial.
  • Resistência mecânica e tenacidade de materiais compósitos
  • Comportamento térmico de materiais compósitos..
  • Projecto e concepção de componentes em material compósito.
  • Frentes de desenvolvimento de materiais compósitos:
    • compósitos com gradiente funcional de propriedades;
    • compósitos sintácticos;
    • compósitos inteligentes.
  • Aplicações de materiais compósitos:
    • Aeronáutica e aeroespacial;
    • transportes terrestres;
    • construção naval;
    • desporto e lazer;
    • energia;
    • biomateriais;
    • outras aplicações.