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Title: Estudo do dano em compósitos com descontinuidades geométricas
Authors: Silva, Andressa Santos
Keywords: Composites;Stress analysis;Finite elements;Stress concentrator factors;Compósitos;Elementos finitos;Fatores concentradores de tensão;Análise de tensão
Issue Date: 20-Nov-2018
Publisher: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citation: SILVA, Andressa Santos. Estudo do dano em compósitos com descontinuidades geométricas. 2018. 52f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Portuguese Abstract: Recentemente, devido ao crescimento de aplicações com materiais compósitos laminados, houve um grande aumento na busca por métodos que consigam predizer o comportamento de tais materiais com diferentes geometrias submetidos a diferentes esforços. Uma consequência direta dessas diferentes geometrias é o aparecimento de descontinuidades e de possíveis trincas no material, fazendo-se necessário um estudo do dano para viabilizar o uso do material compósito. Neste trabalho, foi proposto o estudo da influência dos concentradores de tensão e da delaminação nesses materiais, e para realizar tal análise, foram selecionados três materiais compósitos com diferentes empilhamentos submetidos a diferentes ensaios mecânicos e validando os resultados de acordo com a literatura. Os ensaios foram simulados através do método de elementos finitos (MEF), usando o software comercial MARC™, para obter a distribuição do campo de tensões na região da descontinuidade geométrica. Primeiramente, foram simulados ensaios de tração em placas de compósitos de fibra de carbono e resina Epóxi. As geometrias simuladas para este material foram um furo central, um duplo concentrador de tensão e um triplo concentrador de tensão. Outro ensaio simulado foi o de flexão em quatro pontos em compósito sanduíche de fibra de vidro com núcleo do tipo Honeycomb (textura similar a favos de mel), a geometria ensaiada para este material foi, também, um furo central. Após as simulações dos campos de tensão para os materiais e geometrias supracitados, foi estudada a inserção de elementos de delaminação na seção transversal ao furo de forma a analisar o dano e a propagação de trincas nos materiais compósitos. Os resultados encontrados para os casos executados se mostraram compatíveis com os dados experimentais presentes na literatura especializada, demonstrando potencialidade do estudo de fatores de concentração de tensões em materiais compósitos através do MEF.
Abstract: Recently, due to the growth of applications with laminated composite materials, there has been a great increase in the search for methods that can predict the behavior of such materials with different geometries submitted to different efforts. A direct consequence of these geometric discontinuities is the appearance of cracks in the material, making it necessary to study the damage to enable the use of the composite material in these applications. In this work, it was proposed the study of the influence of stress concentration and delamination in these materials, and to perform such analysis, were selected composite materials with different lay-ups simulating different mechanical tests and validating the results according to the literature. The tests were simulated using the finite element method (FEM), using commercial software MARC ™, to obtain the distribution of the stress field in the region of the geometric discontinuity. Firstly, tensile testing were performed on carbon fiber and Epoxy resin composites. The simulated geometries for this material were a central hole, double stress concentration and triple stress concentration. Another simulated test was the four-point bending in a honeycomb core-like fiberglass sandwich composite, the geometry tested for this material was also the plate with central hole. After the simulations of stress fields for these materials and geometries, it was studied the insertion of delamination elements in the transversal hole section to analyze the damage and propagation of cracks in the composite materials. The results found for the executed cases were compatible with the experimental data present in the specialized literature, demonstrating the potential of the study of stress concentration factors in composite materials through the MEF.
URI: http://monografias.ufrn.br/jspui/handle/123456789/7815
Other Identifiers: 20170009919
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