Análise do comportamento elástico de vigas adaptativas com ligas de Ni-Ti em temperaturas inferiores a Mf e superiores a Af

Abstract

Pesquisadores alemães desenvolveram o polipropüeno copolímero random PP. na busca de um sistema de condução de água capaz de suportar altas pressões e altas temperaturas. Este material liberou a produção de tubos e conexões resistentes à água quente, mas. por ser um material polimérico. a rigidez destas tubulações decresce com o aumento da temperatura. Este trabalho apresenta a pesquisa do comportamento mecânico ã flexão de vigas compósitas híbridas constituídas de um tubo cilíndrico de polipropüeno (PP) e uma barra circular sólida de liga de Ní-Ti. incorporada na superfície externa do tubo. fixada com uma camada bobinada de nylon impregnada com resina epóxi. Os tubos de PP podem operar em temperaturas de até 80°C. aquecendo as ligas Ní-Tí até temperaturas acima de Aí. permitindo observar a contribuição do fio no aumento da rigidez das vigas compósitas fabricadas. Inicialmente, foi caracterizada a liga de Ni-Ti apresentando temperaturas de transformação de fase de M5= 46.24°C. Mf = 31,72 °C, As= 37.67°C e Af = 60.17°C, obtidas do ensaio de calorimetria diferencial de varredura (DSC), composição química média de 50.05% em peso de Ni a partir da espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e presença da fase monoclinica à temperatura ambiente, identificada pela difração de raios X (DRX). Posteriormente, tubos de PP de 500 mm de comprimento foram usados para fabricar vigas compósitas híbridas incorporando fios de aço e camada nylon epóxi para aperfeiçoar o método de fabricação e testar o dispositivo de flexão em três pontos. Finalmente, vigas compósitas com fio de Ní-Ti e camada de nylon/epóxi. foram fabricadas e logo testadas em flexão de três pontos. Os resultados demonstraram que houve um aumento no valor do módulo efetivo em flexão das vigas ExF de 13% a 32% quando o fio de Ní-Ti. alinhado no plano vertical de aplicação da carga do ensaio de flexão. aumentou sua rigidez pela transformação de fase martensita para austenita induzida pela mudança da temperatura de 21°C a 56°C. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

German researchers have been developed a polypropylene random copolymer PP.in the search for a water transportation system capable of withstand high pressures and temperatures. This material allowed the production of pipes and connections resistant to hot water, however, stiffness decreases with increasing temperature for the polymeric properties. This work presents the mechanical behavior investigation of hybrid composites beams based Ni-Ti alloy. The beams consist of a medium density polypropylene pipe (PP) with a bar of Ni-Ti alloy incorporated in the surface and manual winding with a coated layer of nylon epoxy. PP pipes can work over SO °C heating Ni-Ti alloy to above Af temperature, which would show Ni-Ti contribution to increasing the stiffness of the hybrid composite beams. First. Ni-Ti alloy was characterized with differential scanning calorirnetry (DSC), found the transformation temperatures at Ms = 46.24 °C. Mf = 31.72 °C, A, = 37,67 °C and Af = 60.17 °C. Energy dispersive spectroscopy (EDS) results indicated chemical composition of NiTi alloy of 50.05 wt% of Ni. X-ray diffraction (XRD) showed the monoclinic phase at room temperature. Subsequently. PP pipes of 500 mm in length were used to produce hybrid composite beams incorporating a steel bar coated with nyloa epoxy layer in order to improve the manual winding method and test the three point bending device. Finally, hybrid composite beams with Ni-Ti bar and nylon epoxy layer were fabricated and then tested in three point bending. Results showed an increase on flexural elastic modulus of the beams ExF of 18% to 32% because stiffness increase of Ni- Ti alloy, aligned in the vertical plane of load application in bending test, due thermal transformation from martensite to austenite phase induced by changes of temperature from 21°Cto56°C. _______________________________________________________________________________________ RESÚMEN

Investigadores alemanes desarrollaron el polipropileno copoliniero ramdom PP en la búsqueda de un sistema de conducción de agua capaz de soportar altas temperafuras e presiones. Este material posibilitó la producción de tubos e conexiones resistentes al agua caliente, sin embargo, por ser un material polimérico, su rigidez decrece con el aumento de Ia temperatura. Este trabajo presenta Ia investigacióu del comportamiento mecânico en flexión de vigas cornpósitas hibridas constituídas de un tubo cilíndrico de polipropileno y una barra circular sólida de Ni-Tí incorporada en Ia superfície externa del tubo. y fíjada con una capa de revestimiento de nylon/epoxi. Los tubos de PP pueden trabajar en temperaturas superiores a 80 °C. logrando llevar al material de NiTi a temperaturas mayores que Af, Io que permitiria observar su contribución al aumento de Ia rigidez de Ias vigas compósitas fabricadas. Inicialmente, Ia liga de Ni-Ti fue caracterizada presentando temperaturas de transformation de fase de Ms= 46,24°C Mf= 31,72 °C As= 37,67°C e Af = 60,17°C, obtenidas de Ia calorimetria diferencial de barrido (DSC), composición química media de 50,05% en peso de Ni a partir de Ia espectroscopia de energia dispersiva (EDS) y presencia de fase monoclínica a temperatura ambiente, identificada mediante difracción de rayos X (DRX). Posteriormente, fueron usados tubos de PP de 500 mm de largo, para fabricar vigas compósitas hibridas con barras de acero e capa de revestimiento de nylo/epoxi en Ia superfície, con el fin de perfeccionar el método de fabricación y probar el dispositivo de flexión eu tres puntos. Finalmente, fueron fabricadas Ias vigas compósitas híbridas con barras de Ni-Ti e capa de revestimiento de nylon/epoxi para los ensayos de flexión en três puntos. Los resultados demostraron que hubo un aumento en el valor del módulo efectivo en flexión de Ias vigas compósitas ExF de 18% a 32% cuando la barra de Ni-Ti, alineada en el plano vertical de aplicación de Ia carga en el ensayo de flexión. aumenta su rigidez debido a la transformacion de fase de martensita a austenita inducida por el cambio de temperatura de 21°C a 56°C