On the impact of delamination on composite structures: comprehensive modal, static, and buckling analysis

• Autor(a) principal: SAIKI, Lucas Eiji de Castro
• Data de Publicação: 2024
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4117
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA; Delaminação; Tubos compósitos; Flambagem; Tsai-Wu; Modal; Delamination; Composite tube; Buckling; Tsai-Wu

A pesquisa sobre materiais compósitos tem ganhado destaque devido às suas excelentes propriedades mecânicas combinadas com baixo peso, o que atrai diversas áreas da engenharia, como a aeronáutica, naval, automobilística e industrial. Historicamente, os desafios envolvendo materiais compósitos incluem a compreensão de suas características, o controle da qualidade e a otimização das propriedades. Com o avanço da capacidade computacional, o método de elementos finitos tornou-se uma ferramenta essencial para prever o comportamento desses materiais sob diferentes condições de contorno. Este estudo específico foca em cilindros de parede fina compostos por cascas de 10 camadas com delaminações variadas. Cada tubo foi submetido a três tipos de análises: modal, estática e de flambagem. A análise detalhada dessas estruturas delaminadas visa compreender como os parâmetros de delaminação afetam o desempenho estrutural, permitindo o desenvolvimento de projetos mais tolerantes a falhas. Os parâmetros considerados para simular a delaminação incluem: z (altura da delaminação na elipse), b (eixo maior da elipse), r (razão entre os eixos maior e menor da elipse), θ (ângulo de inclinação da elipse), α (severidade da delaminação) e n (camada da parede fina com a delaminação). Foram realizados 1000 ensaios para cada tipo de análise com as mesmas delaminações. As respostas obtidas—frequência natural, índice inverso de Tsai Wu e autovalor—não apresentaram uma correlação significativa entre si, exceto pela boa correlação interna dos autovalores. Para entender melhor o impacto de cada variável nas respostas obtidas, foi utilizado o índice de Sobol, uma técnica de análise de sensibilidade global. Esta análise permitiu identificar os parâmetros mais críticos que influenciam cada tipo de resposta. Os resultados indicam que, embora não haja uma correlação direta e universal entre todas as respostas analisadas, a compreensão detalhada das influências de cada parâmetro de delaminação pode orientar o desenvolvimento de projetos mais robustos e resistentes. As descobertas desse estudo são valiosas para a engenharia de materiais, contribuindo para avanços na segurança e eficiência de estruturas compostas. Por fim, a dissertação conclui que o uso de análises modais, estáticas e de flambagem combinadas com a análise de sensibilidade é uma abordagem eficaz para avaliar e melhorar a performance de estruturas compostas delaminadas, fornecendo insights importantes para futuros projetos e pesquisas na área.