Análise de falha de materiais compósitos em flexão 3-pontos

Buffo, Gabriel Gonçalves

Análise de falha de materiais compósitos em flexão 3-pontos

Arquivos

buffo_gg_tcc_sjbv.pdf (4.46 MB)

Data

2022-11-04

Autores

Buffo, Gabriel Gonçalves

Orientador

Sartorato, Murilo

Curso de graduação

Engenharia Aeronáutica - CESJBV

Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Tipo

Trabalho de conclusão de curso

Direito de acesso

Acesso aberto

Resumo

Resumo (português)

Este trabalho tem como objetivo a contribuição para o conhecimento de análises e modelos de falha em materiais compósitos poliméricos e sua aplicação no software comercial Ansys. Esses materiais são materiais multifásicos que combinam as propriedades de seus componentes na forma de reforço e matriz de forma superior a de suas fases isoladas. Apesar do seu alto custo esses materiais são amplamente utilizados na indústria aeronáutica pois proporcionam uma alta resistência com a vantagem de uma baixa densidade. Os compósitos são materiais anisotrópicos o que permite projetá-los de acordo com a necessidade e aplicação de resistência, formato e peso, porém essa mesma anisotropia torna mais complexa a análise e previsibilidade dos modos de falhas. Na revisão bibliográfica foi feito um estudo das principais relações constitutivas de tensão e deformação e de modelos de falha para compósitos e possibilitou o entendimento de como se dá a ocorrência de falhas intralaminares e a degradação do material por meio do modelo de Puck. Em seguida, com a definição e construção de seis laminados de interesse, foram simulados os resultados não lineares para o material sob flexão 3-pontos no modelo de elementos finitos Explicit Dynamics no Ansys. Os resultados desse estudo de caso foram transcritos em gráficos a fim de observar o comportamento do laminado a falhas progressivas de camadas porém sem a possibilidade de falha completa do material devido ao modelo de atrito empregado. Enfim, é possível observar a degradação do material nos gráficos assim como a ocorrência de falhas intralaminares e a redistribuição de cargas entre as lâminas íntegras. PALAVRAS-CHAVE: materiais compósitos, laminados, critério de falha, Puck, análise por elementos finitos, progressão de dano.

Resumo (inglês)

This final paper aims to contribute to the knowledge of analisys and failure models in polymeric composite materials and their application in the comercial software Ansys. These are multiphase materials which combine its components properties in the forms of reinforcement and matrix in a superior way than their isolated fases. Despite its high cost, these materials are widely used at the aeronautical industry due to their high resistance with the advantage of a low density. The composities are anisotropic materials, which allows them to be designed according its application in resistance, shape and weight, although this same anisotropy makes its failure modes analysis and predictability even more complex. In the literature review, a study was made about the mainly constitutive relationships of stress, strain and failure models for composites and made it possible to understand how intralaminar failures occur and how the degradation of the material is given through Puck’s model. Then, with the definition and construction of six laminates of interest, the nonlinear results of the material were simulated under 3-point bending in the finite element model Explicit Dynamics in Ansys. The results of this case study were transcribed into graphics in order to observe the laminate’s behavior to consecutive layer failures without the possiblity of ultimate laminate failure due to the friction model applied. Finally, it is possible to observe the material degradation in the graphs as well as the occurence of intralaminar failures and the loads redistribution between the whole layers. KEYWORDS: composite materials, stackups, failure criteria, Puck, finite elements analysis, damage progression.