Concepção e desenvolvimento de uma cadeira de lazer

Abstract

O presente trabalho de investigação surgiu na sequência da necessidade de se desenvolver e optimizar um conjunto de materiais para aplicação num protótipo de uma cadeira de conforto. Estruturas em material compósito com fibras de carbono têm vindo a ter, cada vez mais, um papel chave em aplicações estruturais. As vantagens apresentadas por essas estruturas estão relacionadas com a sua baixa densidade, elevada resistência mecânica e rigidez. Este trabalho pretende seleccionar e caracterizar materiais compósitos com fibras de carbono para a construção de cadeiras ergonómicas e de lazer. Seu principal objectivo é optimizar as interacções entre o homem e o meio envolvente, visando promover a segurança, saúde e bem-estar do utilizador. Durante a fase de desenvolvimento de uma cadeira, um software de avaliação postural foi utilizado para avaliar a ergonomia e funcionalidade dos componentes de projecto. Efectou-se um estudo de caracterização de materiais compósitos de matriz epóxida, com um número diferente de camadas de fibra de carbono, moldados pelo processo de moldagem manual com uma cura de vácuo. Ensaios de DMA foram realizados em flexão em 3 pontos, para determinar as curvas de variação do módulo com a temperatura e determinar a gama de temperaturas de serviço. A temperatura de transição vítrea também foi obtida. A partir dos ensaios de impacto foi possível concluir que a energia absorvida pelos materiais compósitos depende do número de camadas, como seria de esperar. Este trabalho permitiu ter um melhor conhecimento da influência do número de camadas nas propriedades mecânicas e suas características. Foram, também, estudadas espumas de poliuretano com diferentes concentrações de isocianato e temperaturas de cura. Este estudo irá permitir um melhor conhecimento deste tipo de materiais, para ser possível a sua utilização no protótipo em desenvolvimento. Um modelo numérico foi desenvolvido, para estudar o comportamento estrutural do protótipo de cadeira.

ABSTRACT: The present investigation work was developed in order to optimize a set of materials to apply on a comfort chair prototype. Carbon fibre structures are emerging as a key material in structural applications. The advantages presented by these structures are related with low density, high mechanical resistance and rigidity. This work intends to choose and characterize composite materials with carbon fibres for the construction of ergonomic and leisure chairs. Its main objective is to optimize interactions between man and his surroundings, aiming at promoting user safety, health and well being. During the development phase of a chair, a postural evaluation software was used to evaluate the ergonomics and functionality of the design components. This postural evaluation has produced a physical model used to test its "design". A study of composite material characterization of an epoxy matrix, with a different number of carbon fibre layers, moulded through the manual moulding process with a vacuum cure. Specialized analytical models were developed for the calculation of linear elasticity. DMA tests were performed, dynamic tests in 3 point flexural loads to determine the curves relating module variation with the temperature. The vitro transition temperature was also obtained. We can conclude from the impact tests obtained with low speed that the energy absorbed by composite materials depends on the number of layers. This study allows us to get a better understanding of the influence the number of blades have in the mechanical properties and its characteristics. Polyurethanes (PU) foams with different poly-isocyanates concentrations and different cure temperatures were also studied. This investigation will allow a better knowledge of this kind of materials in order to allow their use on the developing prototype. A numerical model was developed to study the structural performance.