Análise de material compósito de carbono epóxi com orifícios circulares por modelo analítico e numérico: Estudo de viabilização de redução de ensaios experimentais

Abstract

A crescente utilização de materiais compósitos como alternativos aos metálicos para ganhos de desempenho tem gerado cada vez mais ensaios e testes experimentais com o objetivo de obter propriedades mecânicas dos materiais utilizados. O presente trabalho teve como objetivo analisar, obter e apresentar a estimativa do limite de resistência à tração de um compósito de carbono epóxi com furo, através do modelo analítico Point Stress Criteria, e um modelo numérico de elementos finitos, usando como referência, para comparação, os resultados do material compósito fabricado, ensaiado e apresentado, por Soriano e Almeida (1999), em diversas configurações de laminados e tamanhos de furos. Os resultados obtidos ficaram coerentes entre os diferentes modelos, apresentando resultados próximos para ambos, tanto em termos de resultados do limite de resistência à tração quanto de resultados conservadores ou não. O modelo numérico apresentou resultados, no geral, mais precisos, mas a aproximação do modelo analítico para laminados mais balanceados, em termos de orientação das lâminas, obteve resultados equivalentes ao modelo numérico. Conclui-se através dos resultados obtidos que para aplicações mais precisas os ensaios experimentais ainda são indispensáveis por garantirem precisões maiores, porém aplicações menos críticas, através das quais podem ser aceitos alguns desvios, estes métodos apresentam bons resultados frente ao ganho de tempo e custo dessas análises.

The increasing use of composite materials as alternative of metals to increase the performance has generated more experimental tests to obtain mechanical properties from the tested materials. The objective of this work was to study, obtain and present the tensile strength limit estimated for a composite material with a hole, through the analytical model Point Stress Criteria and the finite element method model, using to compare, as reference, the results for the same composite material manufactured, tested and presented by Soriano e Almeida (1999), considering various configurations for laminate and different hole sizes. The results obtained were consistent between the different models, presenting a close result between them for the tensile strength limit and the conservative and not conservative consideration. The numerical model presents in general better results, being more accurate, yet the analytical model, for balanced configuration of the laminate orientation of composite, the results were equivalent to the numerical model. The results allow to conclude that for applications with strict requirements the experimental test are still needed to ensure more accuracy in tension strength limits, however for applications with less critical requirements, which some deviation may be accepted the analyzed models shown good results considering the time and cost reductions using this methods.