O estudo das propriedades elásticas de materiais compósitos: um tratamento matemático

Abstract

Este trabalho concentra-se no estudo do comportamento elástico de materiais através da análise das matrizes de rigidez e flexibilidade de estruturas elementares. Baseado em conceitos da disciplina Resistência dos Materiais e nas propriedades elásticas dos materiais são apresentadas e demonstradas relações matemáticas que refletem as associações entre as tensões normais e de cisalhamento atuantes e as deformações e distorções decorrentes. Essas relações são ilustradas computacionalmente, através do software Geogebra. Transformações de coordenadas possibilitam a determinação de tensões em planos diferentes dos originais de forma analítica ou gráfica. Estes conceitos são aplicados a materiais compósitos ortotrópicos sujeitos a carregamento plano, configuração característica de uma lâmina de material compósito empregada em estruturas mais complexas, possibilitando a determinação das propriedades elásticas de uma lâmina em direções diferentes das chamadas direções principais, alinhadas ou ortogonais à direção das fibras.

This essay focuses on the study of the elastic behavior of materials through the analysis of the stiffness and flexibility matrices of elementary structures. Based on the concepts of the Material Resistance discipline and the elastic properties of the materials, mathematical relationships are presented and demonstrated that reflect the associations between the acting normal and shear stresses and the resulting deformations and distortions. These relationships are computationally illustrated through Geogebra software. Coordinate transformations allow the determination of stresses in different planes of the originals in an analytical or graphical way. These concepts are applied to orthotropic composites subjected to flat loading, characteristic configuration of a composite material blade used in more complex structures, making it possible to determine the elastic properties of a blade in different directions of the so-called main directions, aligned or orthogonal to the direction of the fibers.