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Orientador: Oswaldo Luiz Alves Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Este trabalho apresenta um método de elementos de contorno para a análise de estabilidade de placas de materiais compósitos laminados. A formulação do método proposto não necessita de discretização do domínio, nem de soluções particulares para a solução do problema. Isto torna a formulação proposta diferente das formulações de elementos de contorno existentes, aplicadas à análise de estabilidade estrutural. O método é aplicado a um problema importante em engenharia computacional, que é a estabilidade de placas de materiais isotrópicos e de compósitos laminados. O desempenho é avaliado através de comparação com os resultados de elementos finitos e resultados analíticos, mostrando boa concordância com os mesmos. No entanto, a vantagem em relação ao método dos elementos finitos, especificamente, em análise de estabilidade de placas de materiais compósito laminados, é que se torna um problema de autovalor com um número reduzido de graus de liberdade, uma vez que somente o contorno e poucos pontos internos são necessários na discretização do problema Abstract: This work presents a boundary element method to the analysis of buckling plates. Neither domain discretization, nor particular solutions are necessary in the proposed formulation. This becomes the proposed formulation different from the existent boundary element formulations applied to structural stability analysis. The method is applied to an important problem in computational engineering that is the stability of perforated and non perforated plates of composite laminate materials. The performance is assessed through comparison with finite element results. The proposed formulation agrees quite well with finite element. However, the stability analysis is a much smaller eigenvalue problem if boundary elements are used instead of finite elements, provided that only the boundary and fewer internal points are necessary in the discretization Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação dinâmica do método dos elementos de contorno para o cálculo de tensões e critério de falhas de placas finas anisotrópicas. As formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática e os termos de inércia são tratados como forças de corpo. As integrais de domínio provenientes de forcas de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (RIM). No RIM, a função de aproximação "thin plate spline"de placas finas e usada na aproximação das forças de corpo. São implementados formulações para análise transiente de placas finas. A integração no tempo é realizada usando o método de Houbolt. Uma equação integral para a segunda derivada de deslocamento é desenvolvida e todas as derivadas da solução fundamental são calculadas analiticamente. Apenas o contorno é discretizado. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura e também com resultados do método dos elementos finitos Abstract: This work presents a dynamic formulation of the boundary element method for stress and failure criterion analyses of anisotropic thin plates. Formulations use elastostatic fundamental solutions and inertia terms are treated as body forces. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM, the augmented thin plate spline is used as the aproximation function. A formulation for transient analysis is implemented. The time integration is carried out using the Houbolt method. Integral equations for the second derivatives of deflection are developed and all derivatives of fundamental solutions are computed analitically. Only the boundary is discretized in the formulation. Numerical results show good agreement with results available in literature as well as finite element results Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Turbinas eólicas são máquinas capazes de converter energia cinética do vento em eletricidade. As pás da turbina são responsáveis por converter as forças aerodinâmicas em torque para o gerador. Na maioria dos casos, as pás são fabricadas com materiais compósitos e sua rigidez e comportamento têm influência direta no desempenho da turbina, e, por sua vez, o material e sequência de laminação influenciam na rigidez da pá. Tirando proveito do acoplamento flexão-torção proporcionado pela sequência de laminação dos materiais compósitos, é possível produzir um controle passivo do ângulo de arfagem das pás de geradores eólicos de pequeno porte. Esse controle passivo tem por objetivo melhorar o rendimento das pás para velocidades de vento superiores à que a velocidade nominal de projeto. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo obter a melhor configuração de empilhamento para o projeto de uma pá de turbina eólica de material compósito laminado utilizando uma técnica de otimização baseada em metamodelagem. Para isso, utiliza-se o método dos elementos finitos para modelar o comportamento mecânico de uma pá. O modelo é parametrizado de forma a simular diferentes configurações de laminados e avaliar o comportamento da pá com diferentes velocidades de vento. A partir de resultados de simulações do modelo de elementos finitos é construído um metamodelo, utilizando funções de base radial. Adotam-se como variáveis de entrada as orientações das lâminas do material compósito e, como saída, o coeficiente de potência da turbina eólica. Em posse do metamodelo, realizase um processo de otimização para encontrar a sequência de laminação que fornece o melhor coeficiente de potência. Essa sequência é comparada com as demais configurações de laminado, assim como as respostas obtidas através do metamodelo são verificadas com as respostas do modelo de elementos finitos. Os resultados encontrados demonstram que a metodologia de otimização utilizando metamodelos é eficiente, além disso, o controle passivo do ângulo de arfagem de pás de geradores eólicos pode ser empregado gerando ganho de rendimento da turbina, usando para isso o acoplamento flexão-torção dos materiais compósitos. Wind turbines are machines capable of transforming wind kinetic energy into electricity. The turbine blades are responsible for converting aerodynamic forces into torque for the generator. In most cases, blades are made of composite materials and their stiffness and behavior affect the turbine performance, on the other hand, the material and layup orientation influence the blade stiffness. By taking advantage of the bendtwist coupling that is offered by the layup sequence of composite materials, it is possible to produce a passive control of the pitch angle in small size wind turbines. The passive control aims to improve the blade performance for higher wind speeds than the nominal design speed. Within this context, this research aims to obtain the best layup sequence of a wind turbine blade made of laminated composite material using metamodeling based optimization. For this, the finite element method is used to model the mechanical behavior of the wind turbine blade. The model is parameterized in order to simulate several layup configurations and to evaluate the behavior of the blade undergoing different wind speeds. From the simulation responses of the finite element model, a surrogate model is generated, using radial basis functions. Ply orientations are adopted as input variables, and the power coefficient of the wind turbine as output. In possession of the metamodel, an optimization process is carried out to find the layup sequence that offers the highest power coefficient. The optimized layup sequence is compared with other layup configurations, as well as the surrogate model responses with the finite element model itself. The results demonstrate that the optimization methodology using metamodels is efficient, moreover, the passive control of the pitch angle of wind turbine blades can be applied and generates a better performance for the turbine, using for that the bend-twist coupling of composite materials.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2021. Neste trabalho, laminados cerâmicos à base de alumina foram desenvolvidos por colagem de fitas, seguida de laminação e sinterização. A otimização do processamento coloidal pelo ajuste adequado dos parâmetros atingiu a estabilização das partículas, com auxílio de um agente dispersante. Análises térmicas revelaram a remoção de água residual e aditivos orgânicos de cadeia curta em temperaturas abaixo de 215 °C, de aditivos de cadeia longa acima de 300 °C, e de orgânicos residuais ao se atingir 525 °C. A adição de 4 m% de TiO2+MnO reduziu a temperatura inicial de sinterização e aumentou a sinterabilidade da alumina. Os sinterizados apresentaram as fases cristalinas alumina alfa, rutilo e MnTiO3. Altas concentrações de Mn e Ti foram observados nos pontos triplos e nos contornos de grão, bem como dentro dos grãos de alumina. A alumina dopada apresentou valores maiores de densidade, tamanho de grão, dureza e módulo de elasticidade comparados à alumina pura, os quais aumentaram com o aumento da temperatura de sinterização. Uma zona de difusão de dopantes foi observada nas camadas de alumina pura, logo após a interface com as camadas alumina dopada. Essa zona apresentou uma diminuição gradual nos valores das propriedades, refletindo em um gradiente decrescente da quantidade de dopantes à medida que se afasta da interface. A resistência mecânica da alumina pura e dopada, sinterizadas à 1350 e 1200 °C respectivamente, foi estatisticamente equivalente. A respeito dos laminados, a resistência dos que possuem finas camadas porosas (razão 4:1) não foi diferente das referências. No entanto, à medida que a espessura dessas camadas aumentou (razão 1:1 e 1:2), uma diminuição na resistência foi observada. As referências apresentaram valores constantes de tenacidade à fratura (KIC), ~2 MPa·m1/2, e propagação de trinca linear. Por outro lado, KIC dos laminados aumenta quando a trinca se propaga da camada porosa para a densa. Esse comportamento foi mais evidente com o aumento da espessura das camadas fracas. A superfície de fratura dos laminados com interfaces porosas apresentou pequenos desvios com a propagação da trinca através das intercamadas. Entretanto, não foram observadas diferenças significativas na resistência mecânica, no trabalho e na tenacidade à fratura. Abstract: In this work, alumina-based ceramic laminates were developed via aqueous tape casting, with subsequent lamination and sintering. Optimized colloidal processing through proper adjustment of parameters was achieved to reach particle stabilization, with the aid of a dispersant agent. The thermal analyses revealed the release of residual water and decomposition of short-chain organics at temperatures under 215 °C, long-chain additives over 300 °C, with complete burn out of organics after 525 °C. The addition of 4 wt% of TiO2+MnO reduced the initial sintering temperature and increased the sinterability of alumina (Al2O3). Sintered samples presented a-alumina, rutile, and MnTiO3 as crystalline phases. High concentrations of Mn and Ti were observed at triple points and grain boundaries, as well as within alumina grains. Compared to pure alumina, doped alumina (d-Al2O3) presented higher average grain size, hardness, and Young?s modulus, which increased with increasing sintering temperature. A diffused zone with dopants was observed through the pure alumina layers, right after the interface with the doped alumina ones. This zone presented a gradual decrease in properties? values, corresponding to a decreasing gradient in the dopants concentration in the Al2O3 layer with increasing distance from the interface. The mechanical strength of d-Al2O3 samples sintered at 1200 °C was not statistically different from Al2O3 samples sintered at 1350 °C. Regarding doped-pure alumina laminates, the strength of laminates with thin weak interlayers (4:1 ratio) did not change compared to references. Nevertheless, as the thickness of these weak interlayers increased (1:1 ratio or higher), a loss of strength was observed. Monolithic references showed constant values of fracture toughness (KIC), ~2 MPa·m1/2, and linear crack path. On the other hand, the KIC of laminates was higher when the crack propagates from weak layers to dense layers. This behavior was more evident as the weak layers? thickness increased. Regarding Al2O3 laminates with porous interlayers, fracture surfaces presented small deviations when the crack propagates through porous interlayers. However, no significant differences were observed in the strength, work of fracture, and fracture toughness.

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Os materiais de engenharia podem ser analisados analiticamente, de maneira experimentalou através de simulação numérica, que tem se tornado uma alternativa cada vez mais atraente diante do desenvolvimento da computação e dos baixos custos em relação aos ensaios mecânicos. A análise numérica se baseia no tipo de elemento empregado na simulação. No estudo dos materiais compósitos, geralmente, empregam-se elementos de placa para laminados planos ou cascas para laminados curvos. O elemento de placa possui diversas teorias que fazem diferentes considerações em relação ao comportamento do elemento. Além disso, cada teoria apresenta um algorítimo específico que implica na implementação de um código computacional próprio, o que dificulta a análise de um mesmo objeto de estudo através de duas ou mais teorias de placa. A Formulação Unificada Generalizada (FUG) propõe a implementação de um único código de programação capaz de simular um mesmo caso através de diferentes teorias de placa. Nesse trabalho, abordam-se três teorias de placa equivalente (o modelo de Kirchhoff-Love, o modelo de Reissner-Mindlin e a teoria de deformação por cisalhamento de alta ordem do Reddy (TDCAO)) e a FUG, sendo todas as três teorias e a formulação apresentadas em termos do métododos elementos finitos. Por último, o modelo de Reissner-Mindlin, a TDCAO e a FUG são implementadas computacionalmente para simular o comportamento de flexão de laminados finos e espessos, computando deslocamento e tensões máximos. Os resultados numéricos são comparados com as soluções analíticas do tipo Navier, valores apresentados por software comercial e/ou soluções encontradas na literatura técnica, permitindo a validação dos códigos implementados Abstract: Engineering materials can be analyzed analytically, in an experimental way or through numerical simulation, which has become an increasingly attractive alternative in view of the development of computing and the low costs in relation to mechanical tests. The numerical analysis is based on the type of element used in the simulation. In the study of composite materials, plate elements are generally applied for flat laminates or shells for curved laminates. The plate element has several theories that make different considerations regarding the behavior of the element. In addition, each theory has a specific algorithm that implies the implementation of its own computational code, which makes it difficult to analyze the same study object through two or more plate theories. The Generalized Unified Formulation (GUF) proposes the implementation of a single programming code capable of simulating the same case through different plate theories. This work addresses three equivalent single layer theories (the Kirchhoff-Love model, the Reissner-Mindlin model and the Reddy High Order Shear Deformation Theory (HSDT)) and the GUF, all three theories and the formulation are presented in terms of the finite element method. Finally, the Reissner-Mindlin model, the HSDT and the GUF are computationally implemented to simulate the bending behavior of thin and thick laminates, computing maximum displacement and stresses. The numerical results are compared with Navier's analytical solutions, values presented by commercial software and/or solutions found in the technical literature, allowing the validation of the implemented codes Mestrado Mecânica de Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-07T14:40:11Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_FabricioDaSilvaMascouto.pdf: 5322984 bytes, checksum: 27a32e02e0ea3ac672ed66c4975b0f6c (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-07T14:40:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_FabricioDaSilvaMascouto.pdf: 5322984 bytes, checksum: 27a32e02e0ea3ac672ed66c4975b0f6c (MD5) Previous issue date: 2019-01-17 Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior This work presents a physico-mathematical model of the heat transfer in a laminated composite. From this model, two main themes were addressed: i) the first one was the verification of the hybrid solution (numerical-analytical) of a heat transfer problem through the Classical Integral Transform Technique with Single Domain formulation, as well as the Eigenvalue Problem s solution via Finite Differences Method. The great geometries diversity presented in this work was possible due to the use of the single domain formulation, allowing the approach with different shapes and number of layers. The verification was performed by comparing the results with the solution obtained through the software COMSOL Multiphysics ®. The COMSOL s solution was used as a reference in all direct problems. ii) the second one was the identification of adhesion failures in the bonding adhesive between two layers of the composite material. The regions of adhesion failures are characterized by the absence of the adhesive material and the presence of air in its place. Thus, the function of thermal conductivity coefficient in the bonding adhesive was estimated. Since the air has much lower thermal conductivity than the adhesive, the presence of these failures generates an abrupt variation in the estimated function. The function is estimated by solving an inverse heat transfer problem, using a Bayesian Inference approach with the Monte Carlo Markov Chains method. For the generation of the Markov Chain s states, the Metropolis-Hastings algorithm was used. It was decided to use the Total Variation of Parameters as a non-informative priori information and also the constraint to positive values for the thermal conductivity coefficient. The thermal conductivity function was determined for several cases, increasing the associated difficulty degree. The major changes in the geometry of the studied problems relate to faults characteristics, varying their length, the adhesive thickness, the number of failures and the distance between them. In addition, it was studied cases with and without roughness in the material s layers. The experimental thermal data were obtained by at the external surface (upper) of the laminated composite. As no real experiment was performed, the experimental data are synthetic, simulated by adding noise to the respective direct problem solution. O presente trabalho apresentou um modelo físico-matemático de transferência de calor em um compósito laminado. A partir deste modelo foram abordados dois temas principais: i) o primeiro visava verificar a solução híbrida, numérico-analítica, de um problema de transferência de calor por meio da Técnica da Transformada Integral Clássica com formulação em Domínio Único, e solução do Problema de Autovalor via Método das Diferenças Finitas. A grande diversidade de geometrias apresentadas nesse trabalho foi possível graças à formulação em domínio único utilizada. A utilização da formulação permite trabalhar além de diferentes geometrias um grande número de camadas, sem que haja mudança na formulação matemática. A verificação ocorreu comparando os resultados com a solução obtida por meio do software COMSOL Multiphysics®. Neste trabalho, a solução do COMSOL foi utilizada como solução de referência em todo problema direto. ii) o segundo visava identificar falhas por adesão no adesivo de ligação entre duas camadas do material compósito. As falhas por adesão são caracterizadas pela ausência do material do adesivo e em seu lugar há a presença de ar. Desta forma, foi estimada a função do coeficiente de condutividade térmica no adesivo de ligação. Como o ar apresenta condutividade térmica muito menor do que a do adesivo, a presença de falhas gera uma variação abrupta na função estimada. A função é estimada por meio da solução de um problema inverso de transferência de calor. A solução do problema inverso foi obtida utilizando a técnica de Inferência Bayesiana, com o Método de Monte Carlo via Cadeias de Markov. Para a geração dos estados da cadeia de Markov foi utilizado o algoritmo de Metropolis-Hastings. Optou-se por utilizar a Variação Total de Parâmetros como priori não informativa e também a restrição de positividade do coeficiente de condutividade térmica. Foi determinada a condutividade térmica em diversos casos, aumentando o seu grau de dificuldade da recuperação da função de condutividade térmica. As maiores mudanças na geometria dos problemas estudados foram em relação às características das falhas, variando seu comprimento, a quantidade, a distância entre as falhas além da espessura do adesivo. Além disso, foram estudados casos em que as camadas dos materiais possuíam e não possuíam rugosidade. Os dados experimentais foram obtidos na superfície externa (superior) do compósito laminado. Como não foi realizado experimento, os dados experimentais foram sintéticos.

Orientador: Carlos Henrique Daros Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Quando a sequência de empilhamento das lâminas não é simétrica em relação ao plano médio da placa laminada, os fenômenos de flexão e alongamento tornam-se inevitavelmente acoplados, o que proporciona um considerável aumento da complexidade das equações diferenciais governantes. Portanto, o acoplamento desses efeitos deve ser levado em consideração a fim de estabelecer uma formulação capaz de analisar laminados gerais, sejam esses simétricos ou assimétricos. Recentemente, uma formulação em elementos de contorno para a análise de placas finas laminadas que leva em consideração o referido acoplamento foi desenvolvida. As equações integrais de contorno foram obtidas com o auxílio do teorema da reciprocidade de Betti-Rayleigh e as respectivas soluções fundamentais foram derivadas por meio de um formalismo complexo análogo ao de Stroh. Neste trabalho, essa formulação é estendida, mediante o emprego da técnica de sub-regiões, para a análise de estruturas tridimensionais formadas a partir da associação de placas finas laminadas. Seguindo essa abordagem, cada placa é analisada separadamente e então unida às demais por meio da imposição das condições de equilíbrio e de compatibilidade de deslocamentos ao longo das interfaces. Além disso, as integrais de domínio relacionadas com forças distribuídas na superfície da placa são transformadas em integrais de contorno por meio do método da integração radial. Alguns exemplos são apresentados e os resultados obtidos são comparados com soluções analíticas e numéricas encontradas na literatura técnica ou, na ausência dessas, com valores fornecidos por um software comercial de elementos finitos, o que permite verificar a validade, confiabilidade e precisão da formulação apresentada. Por fim, uma vez que os códigos desenvolvidos são capazes de simular estruturas compostas por laminados com sequências de empilhamento arbitrárias, são formulados alguns problemas de otimização utilizando o fator de segurança associado com o critério de falha de Tsai-Wu como função objetivo e as orientações angulares das fibras de cada uma das lâminas como variáveis de projeto Abstract: When the laminae stacking sequence is non-symmetrical with respect to the midplane of the laminated plate, the coupling of in-plane and plate bending problems unavoidably arises, increasing the complexity of the governing differential equations. Thus, the coupling effects must be taken into account in order to establish a formulation able to cover all sorts of symmetric or unsymmetric laminates. Recently, a boundary element formulation for the coupled stretching-bending analysis of thin laminated plates has been developed. The related boundary integral equations were obtained with the aid of the Betti-Rayleigh reciprocal theorem and the fundamental solutions were derived through the use of a Stroh-like complex variable formalism. Here, this formulation is extended to cover problems of assembled thin laminated plate structures by means of the subregions technique. Following this approach, each plate is considered separately and then joined together by imposing equilibrium conditions and displacement compatibility along interface edges. Furthermore, domain integrals related to distributed loads are transformed into boundary integrals using the radial integration method. Some examples are presented and obtained results are compared with analytical and numerical solutions found in the technical literature or, in the absence of these solutions, with values provided by a finite element software, certifying the validity, reliability, and accuracy of the present formulation. Finally, since the resulting boundary element code is able to simulate structures composed by laminates with arbitrary stacking sequences, some optimization problems are stated, using the safety factor associated with the Tsai-Wu failure criteria as objective function and fibers orientation angles as design variables Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica FAPESP 2017/12205-7 CAPES 33003017

Objetivou-se nesta tese a caracterização elástica de madeira laminada colada cruzada feita a partir de dormentes descartados de linhas férreas. Foram confeccionadas 5 placas de CLT, com tábuas previamente classificadas e selecionadas visualmente e por ensaios de ultrassom, ondas de excitação e flexão (no regime elástico), as quais foram unidas com adesivo resorcinol-formol com pressão ideal também pré-determinada. As placas foram ensaiadas à compressão e as deformações medidas com extensômetros, no regime elástico, determinandose algumas constantes elásticas, em seguida desdobrou-se em amostras menores com a orientação definida em seis direções: as três principais, 3 camadas longitudinais (3L), 2 camadas longitudinais (2L) e normal (N); e as três intermediárias, 3L,2L (45°), 3L,N (45°) e 2L,N (45°) para determinação de todas as propriedades elásticas no ensaio de compressão (deformações mensuradas por medidores de deslocamento) e de ondas de excitação, o último à temperatura ambiente e em altas temperaturas, analisando a viabilidade do método e, para explicar o comportamento em altas temperaturas, foi realizado o ensaio termogravimétrico do adesivo. Os resultados permitiram: a) Avaliar positivamente a eficácia dos dois ensaios não destrutivos na classificação das tábuas (lâminas); b) Determinar todas as constantes elásticas e, consequentemente, a matriz de flexibilidade e; c) Definir que o adesivo influenciou mais do que a madeira em altas temperaturas. The thesis aims to ensure the elastic characterization of cross-laminated laminated wood made from discarded railway sleepers. Five CLT plates were prepared with previously classified and visually selected boards and by ultrasound, excitation and flexion waves (in the elastic regime), which were grouped with resorcinol-formaldehyde adhesive with an optimum pressure, also predetermined. The plates were compressed and deformed with strain gauges in the elastic regime, determined some elastic constants, then unfolded in smaller samples with the orientation defined in six directions: the three main, 3 longitudinal layers (3L) , 2 longitudinal layers (2L) and regular (R) layers; and the three intermediates, 3L, 2L (45 °), 3L, R (45 °) and 2L, R (45°) were used to determine all elastic properties in the compression test (deformations measured by displacement meters) and waves of excitation, the latter at room temperature and at high temperatures, thus analyzing the viability of the method and, so as to explain the behavior at high temperatures, the thermogravimetric test of the adhesive was carried out. The results were conclusive to: a) Evaluate positively the effectiveness of the two non-destructive tests in the classification of the boards (slides); b) Determine all the elastic constants and, consequently, the flexibility matrix and finally; c) Define that the adhesive influenced more than the wood in high temperatures.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior O bambu se apresenta bastante promissor como um material orgânico, possibilitando reduzir o impacto ambiental e trazendo conforto térmico para a construção. A sua desconstrução em lâminas traz flexibilidade de uso, engenheirando o material. Foi estudada a influência da pressão de colagem na resistência ao cisalhamento da ligação bambu-bambu; a influência da rugosidade da superfície de colagem na resistência ao cisalhamento da ligação bambubambu; as propriedades físicas e mecânicas em temperatura ambiente do Bambu Laminado Colado (BLC) para definir a matriz de constantes elásticas, considerando-o um material ortotrópico; e as propriedades mecânicas em temperatura ambiente e em altas temperaturas. Buscou-se, então, caracterizar o BLC, avaliando a interface do bambu com o adesivo, para a produção de um material estrutural, por meio Ensaios Destrutivo e Não Destrutivos (END) sob temperatura ambiente e sob alta temperatura. Foram adotados o adesivo termo endurecedor bicomponente resorcinol formaldeído e o bambu da espécie Phyllostachys pubescens. Primeiramente foi avaliada a melhor pressão de colagem, com o resultado da melhor ligação, foram avaliados a absorção do adesivo, a resistência e a tensão de cisalhamento de ruptura na conexão. Para isso, foram montados Corpos de Prova (CP), aplicando-se o mesmo adesivo com prensagens diferentes. Em seguida, foi avaliada a rugosidade na superfície de colagem dos CPs. As lâminas foram submetidas a tratamento com lixas e ao corte na serra. Como terceiro objetivo, procedeu-se à caracterização física do bambu sendo investigados a densidade, a umidade, a retração e o fator anisotrópico das amostras e em seguida foi estudada a caracterização mecânica do bambu e a do BLC, inicialmente por meio de ensaio destrutivo de compressão, e posteriormente através de ensaios não destrutivos (END) de ultrassom e de excitação de ondas. Com os resultados obtidos foi possível obter a matriz de flexibilidade do BLC. Como último objetivo foram pesquisadas as propriedades mecânicas do BLC sob alta temperatura. A pressão de colagem escolhida a partir do primeiro objetivo foi de 2,5 MPa; devido ao custo benefício, foi adotada a rugosidade da superfície cortada na serra comum, que ofereceu uma boa resistência na ligação. Entretanto o maior desempenho do BLC foi obtido com tratamento superficial das lâminas utilizando lixa 220, sendo conferido um ganho de 50 % na tensão de cisalhamento. Para os ensaios submetidos a alta temperatura, foi conferido um acréscimo mínimo de 20 % e máximo de 50 %, no módulo elástico dos CPs. Os resultados dos ensaios não destrutivos se apresentaram bem similares aos ensaios destrutivos comprovando a possibilidade de uso de um método mais simples, barato e eficiente. Foram utilizados os parâmetros da madeira para avaliação do BLC. Os ensaios experimentais e as metodologias aplicadas para coletar os dados seguem como referência as prescrições da International Standard ISO 22157-1, EUROCODE e ABNT NBR7190: 1997. Tal avaliação busca ampliar os estudos do BLC para estrutura, verificando seu potencial como um novo sistema de construção, abrindo novas possibilidades de uso. Ele oferece um cenário bastante inovador, como parâmetro para engenheiros e arquitetos, fazendo uso de materiais naturais, configurando assim uma importante contribuição ao desenvolvimento sustentável, influindo ainda na redução do impacto ambiental. Bamboo presents itself as a promising organic material, which allows reducing the environmental impact and brings thermal comfort to construction. Its deconstruction into veneers brings usage flexibility, which transforms the bamboo into a engineering material. It was studied the influence of the gluing pressure on the shear strength for the bamboobamboo connection; the influence of the roughness on the gluing surface for the bamboobamboo connection; the physical and mechanical properties at room temperature of the Glued Laminated Bamboo (GLB) to define the elastic constant matrix, considering it as orthotropic material; and the mechanical properties at high temperature for destructive and non-destructive tests. This project sought, thus, to detail the GLB characteristics for structural use, assessing the bamboo interface with the adhesive, as to produce a structural material, through destructive and non-destructive tests at room temperature and high temperature. It was adopted the thermal hardener bicomponent resorcinol-formaldehyde adhesive and the Phyllostachys pubescens bamboo species. Firstly it was evaluated the best gluing pressure and, with these results, it was analysed the adhesive absorption, resistance and the shear strength tension on the connection breakup. To this end, some specimen were created applying the same adhesive with different crushings. Following that, it was evaluated the roughness on the gluing surface of these specimen. The veneers were submitted to sandpaper treatment and to cutting on a saw. As a third objective, it was detailed the physical characteristics of the bamboo, investigating density, moisture, retraction and the anisotropic factor of the specimens and then it was studied the mechanical characteristics of the bamboo and the GLB, firstly with compression destructive tests and, secondly through ultrasound and waves excitement non-destructive tests. As a last objective it was searched the GLB mechanical properties at high temperature. The chosen gluing pressure stemmed from the first objective was 2,5 MPa; due to cost-benefits, it was adopted the roughness of the surface cut by a common saw, it offered a good connection resistance. However, the best GLB performance was obtained through veneers superficial treatment using a 220 sandpaper, it was verified a 50 % gain on shear strength. As for the high temperature tests, it was verified a minimum 20 % and a maximum 50 % gain on the elastic modulus. The non-destructive test results presented themselves very similar to the destructive test results, which prove the usage possibilities for a simpler, cheaper and more efficient method. It was utilized the wood parameters to evaluate the GLB. The tests e the used methodologies to collect data followed the International Standard ISO 22157-1, EUROCODE and ABNT NBR7190: 1997 prescriptions. Such evaluation seeks to broaden the studies about GLB as a structure, verifying its potential as a new building system, opening new ways to use it. It brings an innovative scenario, as a parameter for engineers and architects, using natural materials, thus making an important contribution to sustainable development, also influencing the reduction of environmental impact.

CAPES Materiais compósitos laminados são utilizados em diversos setores da indústria, principalmente nas áreas automobilística de competição e aeroespacial, pois apresentam relações resistência-peso e rigidez-peso muito superiores aos materiais metálicos em geral. Estruturas fabricadas a partir desses materiais são normalmente finas e, consequentemente, estão sujeitas à flambagem. Requisitos tradicionais de projeto normalmente levam em conta a flambagem mas, para alguns casos, o projeto é conservador, visto que a estrutura pode ainda ser funcional no regime de pósflambagem. Entretanto, o comportamento nesse regime é não-linear, além da dificuldade de se estimar quando ocorre a falha da estrutura, o que torna a análise mais complexa e onerosa em relação à uma análise de flambagem linear. Nesse contexto está inserido o presente trabalho, que visa encontrar as orientações das fibras que maximizam as cargas de flambagem e de pós-flambagem de estruturas compósitas, usando no processo de otimização metamodelos para aliviar o custo computacional. Duas técnicas de metamodelagem são utilizadas e testadas: redes neurais artificiais e regressão de vetores de suporte, com ênfase para a última. Em combinação com os metamodelos são empregadas duas metaheurísticas de otimização desenvolvidas recentemente: o algoritmo harmony search e o algoritmo de vaga-lumes. Vários problemas com diferentes níveis de dificuldade são apresentados e discutidos. Os melhores resultados de otimização foram obtidos com o algoritmo de vaga-lumes associado ao metamodelo de regressão de vetores de suporte, mostrando que tais técnicas são promissoras na solução dessa classe de problemas. Como uma das principais contribuições desta tese tem-se a adaptação/implementação da técnica de regressão de vetores de suporte para problemas de empilhamento de lâminas em estruturas compósitas, particularmente na otimização em flambagem e pósflambagem. Além disso, foram realizados avanços na modelagem do comportamento e da otimização em pós-flambagem com a utilização de critérios de falha e de dano para compósitos. Laminated composite materials are applied in many industrial sectors, particularly in competition automotive and aerospace fields, since they have strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios much higher than the metals in general. Structures made by these materials are usually thin and hence they are subject to buckling. Traditional design requirements usually take into account the buckling, but in some cases the design is conservative since the structure can still be functional in the postbuckling regime. However, the behavior in this regime is nonlinear, in addition of being difficult to evaluate when the failure of the structure takes place, which makes the analysis more complex and computational expensive if compared to a linear buckling analysis. Within this context this work is inserted, which aims to find the orientations of the fibers that maximize the buckling and postbuckling load of composite structures using metamodels in the optimization process to alleviate the computational cost. Two metamodeling techniques are used and tested: artificial neural networks and support vector regression, with emphasis on the latter. In combination with the metamodels, two recently developed metaheuristics, the harmony search algorithm and the firefly algorithm, are employed. Several problems, with different levels of difficulty, are presented and discussed. The best optimization results were obtained with the firefly algorithm associated with the support vector regression metamodel, showing that these techniques are promising to solve this class of problems. One of the main contributions of this thesis is the adaptation/implementation of support vector regression for layup orientation sequence problems of composite structures, in particular for buckling and postbuckling optimizations. Moreover, advances were made in the modeling of the behavior and optimization in postbuckling regime using failure and damage criteria for composites.

CAPES A otimização global eficiente (ego, do inglês efficient global optimization), apresentada por Donald R. Jones no final da década de 90, tem como proposta solucionar problemas de otimização nos quais, devido a um elevado custo computacional da função objetivo, o número de avaliações desta é severamente limitado. ego baseia-se na otimização pelo uso de superfícies de resposta ou metamodelos, que são funções de baixo custo computacional que se ajustam aos dados “experimentais” (de experimentos físicos, cálculos analíticos ou simulações numéricas) obtidos em pontos escolhidos no domínio de projeto. Como no trabalho original de Jones, o metamodelo de Kriging é aqui utilizado. A eficiência e robustez do método reside no balanceamento entre a necessidade de minimização (ou maximização) da superfície de resposta média com a necessidade de melhoria da aproximação que esta fornece. Nesta dissertação, usa-se o ego para encontrar as orientações curvas de laminados de rigidez variável com geometrias relativamente complexas. Os problemas mostrados possuem número moderado de variáveis (em geral 12) e geometrias que variam de uma simples placa quadrada com furo central a painéis reforçados semelhantes a seções de fuselagem de uma aeronave comercial. Através desses problemas, são abordadas a otimização global com e sem restrições e a otimização multiobjetivo sem restrições. Para contemplar restrições e multiobjetivos, foi necessária a implementação de modificações no algoritmo original de Jones. Para a maior parte dos problemas, o orçamento computacional é restringido em apenas 60 avaliações dos modelos de alta fidelidade (modelos de elementos finitos desenvolvidos no software ansys). Os resultados obtidos mostram que o framework proposto é capaz de encontrar bons projetos para um orçamento computacional limitado. Em relação aos compósitos de rigidez variável, o uso de fibras curvas mostrou ganhos estruturais substanciais. Por exemplo, para a estrutura semelhante à de uma fuselagem de aeronave, chegou-se a observar um aumento de até 47% na carga de flambagem sob carregamento de compressão uniaxial, quando comparada à mesma estrutura com apenas fibras retas comerciais. The efficient global optimization (ego), presented by Donald R. Jones at the end of the 90s, propose to solve optimization problems where, due to the high computational burden of the cost function, the number of evaluations is severely limited. ego is based on the concept of surrogate models, that are fast-to-compute functions that adjust the “experimental” data (physical, analytic or simulations). In the current work, as well as in the Jones’s one, the Kriging metamodel is used. The efficiency and robustness of the method lays at the balance between exploration and exploitation of the surrogate response. Here, ego is used to find the optimized parameters for curved fiber structures with relatively complex geometry. The number of variables are moderately (in general 12) for the various problems presented and the geometries vary from simple square plates with a central hole to an airplane fuselage-like section. Trough these problems, single objective optimizations with and without constraints and an unconstrained multiobjective optimization are performed. For the constraints and multiobjectives, adaptations to the original framework were made. For most of the problems, the computational budget is set to just 60 evaluations of the high fidelity model (finite element model built using ANSYS software). The results showed that the framework is capable of finding good designs with a limited computational budget. Considering the variable stiffness composites, the use of curved fibers presented substantial structural improvements. For example, for the fuselage-like structure, it was observed an improvement of 47% in the buckling load when compared to straight fibers optimal solution.

Mestrado em Engenharia Mecânica A delaminagem é um dos modos de rutura mais frequentes dos laminados compósitos, e que é geralmente tratado no âmbito da Mecânica da Fratura. Tem havido recentemente interesse crescente na caraterização do comportamento à delaminagem sob fadiga. O primeiro objetivo deste trabalho foi adaptar a máquina de baixo custo desenvolvida no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro à realização de ensaios de delaminagem sob fadiga em modo I. O segundo objetivo foi realizar alguns ensaios de laminado carbono/epóxido iniciando assim um estudo mais alargado de longo prazo. Para isso recorreu-se a ensaios Double Cantilever Beam (DCB) modificados sob deslocamentos cíclicos impostos. Os resultados obtidos foram analisados no quadro da bem conhecida Lei de Paris, que relaciona a taxa de propagação da fenda com a variação da taxa de libertação de energia de deformação. Apesar de serem ainda escassos para tirar conclusões seguras, os resultados indicam um comportamento à fadiga complexo, muito influenciado pelo fenómeno da ponte de fibras. Delamination is one of the most common damage modes of laminated composites. It is usually analyzed within the scope of Fracture Mechanics. Recently, there has been growing interest in the characterization of fatigue driven delamination. The main objective of the present work was to study the mode I delamination under fatigue of carbon/epoxy laminates through modified Double Cantilever Beam (DBC) tests under imposed cyclic displacements. The tests were conducted on a low cost machine developed at the Department of Mechanical Engineering of the University of Aveiro. The results proved to be consistent with well-known Paris law, which relates the crack propagation rate with the variation of the strain-energy release rate. Though scarce to draw definitive conclusions, the present results indicate a complex fatigue behavior, which is strongly influenced by fiber bridging.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Laminados NCF (non-crimpfabrics) são a união de camadas unidirecionais através de fios de costura. Estes ganharam visibilidade para aplicações estruturais devido a suas propriedades pós-impacto superiores, maior velocidade de produção e maior liberdade para orientações das fibras. Técnicas mais recentes permitiram fabricar laminas de espessura reduzida e com menor grau de ondulação dos feixes de fibras (tows), conferindo laminados mais resistentes e com menor espessura. Neste trabalho as propriedades mecânicas dos NCFs são discutidas, bem como o comportamento mecânico em casos de tração e compressão. A costura que mantem as lâminas estáveis é responsável por gerar regiões de concentração de tensão. Os métodos de fabricação influem significativamente nas propriedades finais dos NCFs, o que atenta para o desenvolvimento de processos com menor impacto sobre as propriedades da estrutura final. Neste trabalho são analisados painéis de NCF com furo aberto, com três tamanhos de diâmetro, através do método dos elementos finitos. Foram empregadas rotinas de dano progressivo, através dos critérios de falha de máxima tensão admissível e Tsai-Wu, para determinação da falha última do laminado. Os resultados obtidos são comparados com os valores experimentais encontrados na literatura. Também é avaliada a sensibilidade destes critérios de falha em função do diâmetro do furo. Como os valores das propriedades dos materiais possuem dispersão, também foi conduzida uma análise de influência dessas incertezas sobre a resistência final do laminado. Laminates NCF (non-crimp fabrics) are the union of unidirectional layers through stitching threads. Those laminates gained visibility for structural applications due to its superior post-impact properties, greater speed of production and greater freedom for the orientation of the fibers. Newest techniques made it possible to manufacture lamina of reduced thickness and with a lower degree of undulation of fiber tows, achieving better resistance and thinner laminates. In this work the mechanical properties of NCFs are discussed as well as the mechanical behavior in cases of traction and compression. The stitching thread that holds the lamina stable is responsible for generating tension concentration regions. The fabrication methods significantly affect the final properties of NCFs, which brings attention the development of processes with less impact on the properties of the final structure. In this work, NCF panels with open holes of three distinct diameter sizes are analyzed through the finite element method. Progressive damage routines is applied, through the failure criteria of maximum allowable stress and Tsai-Wu, to determine the final failure of the laminate. The results obtained are compared with the experimental values found in literature. The sensitivity of these failure criteria according to the diameter of the hole was also evaluated. As the material properties values possess dispersion, it was also conducted an analysis of influence of these uncertainties on the ultimate resistance of the laminate.

Made available in DSpace on 2015-05-14T16:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-02-11Bitstream added on 2015-05-14T16:58:57Z : No. of bitstreams: 1 000825412.pdf: 26718696 bytes, checksum: b6b3b9b1c7422cd74687af551ba4e14d (MD5) Os materiais compósitos em fibra de carbono são largamente empregados no setor de transporte aéreo e vem crescendo em outros setores. Esses materiais, porém ainda apresentam susceptibilidade à delaminação, devido à baixa resistência a carregamentos fora do plano, tornando-se força motriz para a redução da vida em fadiga de compósitos laminados. Devido à importância desse tipo de dano, esta pesquisa visa entender os mecanismos que geram delaminações em compósitos tramados (biaxiais), utilizando-se o conceito energético de Griffith da mecânica da fratura linear elástica, como parâmetro de controle da delaminação. Portanto, o objetivo deste trabalho é entender a interação dos modos de propagação I e II, bem como as frações de cada modo na delaminação em fadiga axial tração-tração (denominado modo misto), em corpos de prova planos. Para isso, foram estudados os modos puros I (DCB) e II (ENF) de propagação de trinca nos compósitos processados, além de se comparar a região que delimita a propagação estável com o modo misto, o qual exigiu estudos de uma geometria apropriada para a obtenção de delaminação bem definida. Para a decomposição dos modos que agem na fadiga axial, foram aplicados critérios de falha nos dados experimentais. O ensaio de fadiga, para todos os modos de propagação, foi conduzido à razão de carga de 0,1, frequência de 5 Hz e os dados de taxa de propagação versus energia de deformação foram ajustados por uma lei empírica, previamente estudada e comparada com os mecanismos de delaminação por análise fractográfica. Os resultados mostraram que a força motriz para delaminação possui maior influência da tenacidade à fratura (GIc) e do carregamento máximo (Gmax), os quais foram adaptados na lei de Paris para delaminação estável. Para o modo misto, constatou-se que a geometri ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) Carbon fiber composite materials are currently widely employed in air transportation as structural components in Boeing 787 Dreamliner, which has around 80% (v/v) in composite. However these materials are susceptible to delamination due to low strength in through-the-thickness direction which is the driving force to reduce the fatigue life. Considering the importance of delamination, the aim of this research is to have a clear understanding of this type of damage in woven composites by using the Griffith energy approach of the linear elastic fracture mechanics as a delamination parameter. The aim of this work was to achieve insight into the interaction process of crack propagation modes I and II, and mainly to determine the mode fractions in the delamination process of tension-tension axial fatigue tests. For the mode decomposition process from axial fatigue tests, it was employed two failure criteria. In order to obtain it, the crack growth rate associated with pure modes I and II delamination were compared with the behavior of a specimen subjected to in-plane tension-tension cyclic loading that exhibits a mixed delamination mode for which needed an appropriate specimen geometry to generate a sharp delamination front. Fatigue test in all modes of propagation were conducted with a loading ratio of 0,1 and a frequency of 5 Hz. The crack growth rate versus energy release rate was described by an appropriate empirical power law which fits the experimental results and compared with delamination mechanisms observed by fractography. The results showed that the driving force for fatigue has major influence of GIc and Gmax based on the studied fractures, where both were considered in the Paris law. For the mixed mode, the geometry known as CLS had regions of crack propagation rate comparable to pure delamination modes in the stable propagation region which ... (Complete abstract click electronic access below)

Composite materials has been widely studied thought the years because of it benefits compared to metals (elevated resistance/weight ratio, good thermal isolation and good fatigue resistance). Laminate composites are the focus of this work. Produced by stacked layers of fibers embed- ded on polymeric matrices, structures of composite materials presents material and geometrical non-linear behavior. Because of it elevated resistance, composite materials allow designers to create very slender structures which might present large displacements and stability problems. Additionally, considering material non-linearity is also important for collapse simulation of la- minated structures. One of the most important failure modes on laminated structures is delami- nation. Delamination is the detachment of adjacent layers. On laminated structures simulation, the Finite Element Method is one of the most used analysis tool. It is a robust, precise and relative simple operating tool. Intending analyzing non-linear behavior of laminated structures subjected to large displacements, was developed on this work a laminated solid finite element formulation based on Full Lagrangian formulation. Simulation of delamination beginning and propagation was developed on this work using Cohesive Zone models. To achieve this goal, an isoparametric formulation of interface finite elements without thickness and many constitutive models to represent the relation tension × displacement jump (relative displacement between crack faces) were developed. These models consider pure mode I and mixed mode. The formu- lations developed on this work were implemented on the open source finite element code FAST using Oriented Object Programing philosophy. These implementations are presented on UML conventions. Many examples were tested for verifying and validating all the implementations. Excellent results were obtained using laminated solid elements on the analysis of a shell struc- ture, even using meshes with only one element though thickness. On the delamination analysis, was verified that Cohesive Zone Models are very sensible related to the parameters used on the analysis, mainly tension × displacement jump model, size of elements and numerical integra- tion. Spite of it, using Newton-Cotes integration and interface elements of appropriate size, good agreements were obtained compared with theoretical results obtained on literature. In general, was observed that cohesive exponential model presents greater robustness and compu- tational efficiency than bilinear model Materiais compósitos vem sendo amplamente estudados devido aos seus inúmeros benefícios em relação aos materiais metálicos, principalmente a elevada razão resistência/peso, bom iso-lamento térmico e boa resistência à fadiga. Compósitos laminados, foco do presente trabalho, são produzidos pelo empilhamento de um conjunto delâminas, cada uma composta de fibras unidirecionais ou bidirecionais imersas em uma matriz polimérica. As estruturas de materiais compósitos apresentam comportamento não linear, tanto físico quanto geométrico. Devido à elevada resistência, estruturas de material compósito tendem a ser bastante esbeltas, podendo apresentar grandes deslocamentos e problemas de estabilidade. Adicionalmente, a consideração da não linearidade física também é importante para a simulação de falha de estruturas laminadas. Um dos modos de falha mais importantes destas estruturas é a delaminação, que consiste no descolamento de duas lâminas adjacentes. No projeto de estruturas laminadas, o Método dos Elementos Finitos é a ferramenta de análise mais utilizada devido a sua robustez, precisão e relativa simplicidade. Afim de permitir a análise não linear de estruturas laminadas submetidas a grandes deslocamentos, foi desenvolvida neste trabalho uma formulação de elementos finitos sólidos laminados baseados na abordagem Lagrangiana Total. A simulação do início e propagação da delaminação foi realizada neste trabalho utilizando Modelos de Zona Coesiva. Para este fim, foi desenvolvida uma formulação de elementos isoparamétricos de interface com espessura nula e utilizados diferentes modelos constitutivos para representar a relação entre as tensões e os deslocamentos relativos das faces da trinca coesiva, incluindo tanto o caso de modo I puro quanto de modo misto. As formulações desenvolvidas neste trabalho foram implementadas no software de código aberto FAST utilizando afilosofiade Programação Orientada a Objetos. Estas implementações são apresentadas utilizando as convenções da UML. Vários exemplos foram utilizados para verificar e validar as implementações realizadas. Excelentes resultados foram obtidos utilizando elementos sólidos laminados na análise de estruturas de casca, mesmo empregando malhas com apenas um elemento sólido na espessura. No que diz respeito à delaminação, verificou-se que o uso de Modelos de Zona Coesiva requer muito cuidado na escolha dos parâmetros utilizados na análise, principalmente no que diz respeito à relação tensão-deslocamento relativo, tamanho dos elementos e método de integração numérica. Contudo, utilizando-se a integração de Newton-Cotes e elementos de interface de tamanho adequado, obteve-se uma concordância muito boa com resultados teóricos e experimentais disponíveis na literatura. De forma geral,verificou-se que o modelo coesivo exponencial apresenta maior robustez e eficiência computacional que o modelo bilinear

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-09-09Bitstream added on 2014-06-13T19:57:40Z : No. of bitstreams: 1 campos_mc_me_bauru.pdf: 4273679 bytes, checksum: a48966d45c9fcb339b013e2a3bd42e1a (MD5) Os laminados de compósitos poliméricos possuem um valor já consagrado dentro das aplicações mecânicas e industriais. Sua versatibilidade aliado a suas propriedades mecânicas, estimula o aumento da aplicação, devido em partes pela facilidade de construção, tornando-os competitivos com relação a outros materiais. O conhecimento sobre a matriz polimérica, que possui inúmeras variações e aplicações e sobre o reforço, que neste estudo utilizou tecidos de fibra de carbono em sarja, formaram o prelúdio do trabalho. A análise de compósitos laminados com tecidos bidirecionais em ângulo de 90º, e a variação de três tipos de matriz polimérica, sendo duas do grupo epóxi e uma do grupo epóxi éster vinil, constituíram os laminados. O processo de corte por jato dágua e por fresagem CNC, influenciaram diretamente a rugosidade da superfície de corte dos laminados. Os ensaios mecânicos de tração e flexão, colaborou para identificar qual das três matrizes possui o melhor desempenho. As técnicas de caracterização por microscopia óptica, possibilitou identificar as camadas dos tecidos, a matriz, modos de falhas e a impregnação entre matriz e reforço. A microscopia confocal 3D além de formar imagens em 3D, demonstrou a diferença de rugosidade entre os processos aplicados, sendo confirmados posteriormente pelo ensaio de rugosidade ficando claro que o processo de corte por fresagem CNC é a melhor opção, pois, o processo de corte por jato dágua demonstrou não ser tão eficiente devido a formação de uma superfície com maior rugosidade em virtude da existência de substâncias abrasivas no fluido de corte, provocando micro trincas nos laminados. Os resultados apontaram que a resina epóxi SQ 2004 é a que possui melhores propriedades mecânicas, seguida da resina SQ 2001 da resina epóxi éster vinil Derakane 470 The laminated polymer composites have a value already established within the mechanical applications and industries. Its versatility coupled with their mechanical properties, stimulates increased use due in part by the ease of construction, making them competitive with respect to other materials. Knowledge of the polymeric matrix that has numerous variations and applicatons on the reinforcement in this study utilized fabrics of carbon fiber twill formed a prelude to the work. The analysis of laminated composites with woven bi-directional angle of 90º, and the variation of three types of polymer matrix, two of the epoxy groups and the epoxy group, vinyl ester, were the laminates. The process of cutting water jet and CNC milling, directly influenced the roughness of the cut surface of the laminate. The tensile test and bending, collaborated to identify which of the three matrices has the best performance. The techniques of characterization by optical microscopy, enabled us to identify the layers of tissue, the matrix failure modes and impregnation betweeen matrix and reinforcement. Confocal microscopy 3D besides forming 3D images showed the difference in roughness between the cutting processes applied, and later confirmed by testing roughness became clear that the process of cutting CNC milling is the best option because the process cutting water jet proved not to be as effective due to the formation of a surface with increased roughness due to the presence of abrasives in the cutting fluid, causing micro-cracks in the laminate. The results showed that the epoxy resin SQ 2004 is the one that has better mechanical properties, then the resin SQ 2001 and the epoxy vinyl ester Derakane 470

Composite materials are being extensively studied, as their use allows the design of structures that are lighter and stronger than their metal counterparts and feature good thermal insulation and fatigue resistance. Fiber Reinforced Composites (FRC), the focus of the present work, consist in stacking multiple laminae, each one consisting of unidirectional fibers embedded in a polymeric matrix. Laminated shells are used in many industrial applications, such as modern aircraft fuselages and wing systems, offshore structures, among others. Due to the many variables involved in the design of such structures, such as the number of layers (plies) and the mate- rial, thickness and fiber orientation of each layer, the traditional trial-and-error design procedure becomes arduous, which leads to the use of optimization techniques. In the structural analysis of laminated shells, numerical methods are commonly used, particularly the Finite Element Method (FEM), which is capable of modeling complex geometries, loads and boundary conditions. In order to determine the final load-carrying capacity of such shells, it is necessary to take into account not only the presence of large displacements (geometric non-linearity) but also its failure behavior (material non-linearity). In the present work, the geometric non-linearity was introduced by using the Total Lagrangian approach in a shallow shell finite element based on Marguerre’s Shell Theory. The element was implemented in an academic finite element software and multiple benchmark numerical examples were treated. The obtained results showed that the element is efficient when dealing with shells with small initial curvatures and moderately large displacements and rotations. The material non-linearity was considered by using progressive failure models, with the instantaneous degradation of the mechanical properties of layers that fail during the analysis. Three distinct progressive failure methods were formulated and implemented and the numerical examples yielded promissing results, with the correct determination of the ultimate failure load of laminates subjected to in-plane and bending loads, which were in good agreement with experimental and numerical results from the literature. The structural performance evaluated through the analysis procedure was then used in an optimization model in order to find the optimum stacking sequence for a given applied load. Here, a novel Genetic Algorithm with a hybrid computational parallelization scheme was proposed. The algorithm is based on the island model and can be executed in both clusters and personal computers alike. The algorithm was implemented and combined with the analysis procedures in the optimization of laminated shells considering both linear and non-linear analysis. In the linear examples, the algorithm was verified and the efficiency and execution time gains due to the parallel implementation were measured. The results show that the parallel algorithm not only runs faster than a sequential one, but also provides better results. In the non-linear examples, significant lighter and more efficient designs were obtained due to the consideration of the two types of non-linearities. Materiais compósitos vêm sendo extensamente estudados, pois seu uso permite a obtenção de estruturas leves e resistentes, com bom isolamento térmico e boa resistência a fadiga. Compósitos laminados, foco do presente trabalho, são compostos pelo empilhamento de um conjunto de lâminas, cada uma composta de fibras unidirecionais imersas em uma matriz polimérica. Cascas laminadas são utilizadas em muitas situações práticas de interesse, como fuselagens de aeronaves, estruturas marítimas, dentre outras. Devido ao elevado número de variáveis envolvidas no projeto de cascas laminadas, métodos de otimização devem ser utilizados em seu projeto. Na análise estrutural de tais cascas, devido ao seu complexo comportamento mecânico, métodos numéricos, como o Método dos Elementos Finitos (MEF), são utilizados. De modo a determinar a capacidade última de carga em cascas laminadas, é necessário considerar tanto a presença de grandes deslocamentos (não-linearidade geométrica) quanto o comportamento não- linear do material (não-linearidade física). No presente trabalho, a não-linearidade geométrica foi introduzida utilizando a formulação Lagrangiana Total aplicada a um elemento de casca abatida baseado na Teoria de Marguerre. O elemento foi implementado em um programa de código-aberto e vários exemplos com resposta analítica e numérica presentes na literatura foram tratados. Os resultados obtidos indicaram que o elemento é muito eficiente no tratamento de cascas com pequenas curvaturas iniciais sujeitas a deslocamentos moderadamente grandes. Já a não-linearidade física foi considerada por meio de modelos de falha progressiva, com a diminuição instantânea das propriedades mecânicas das lâminas que falham ao longo da análise. Três métodos de falha progressiva distintos foram formulados e implementados em conjunto com a formulação de análise pelo MEF. Os resultados se mostraram promissores, com a correta obtenção das cargas de falha em laminados tanto submetidos a esforços axiais como de flexão, mostrando concordância tanto com resultados numéricos da literatura quanto com resultados experimentais. O desempenho mecânico da estrutura foi então utilizado em um modelo de otimização com o objetivo de encontrar um esquema de laminação ótimo. Neste trabalho, propõe-se um Algoritmo Genético com um esquema híbrido de computação paralela para a otimização de laminados. Tal algoritmo utiliza uma configuração em ilhas e pode ser executado tanto em clusters quanto em computadores pessoais. Além disso, o algoritmo possui operadores específicos para a troca, adição e eliminação de camadas em laminados. As metodologias implementadas foram combinadas na otimização de placas e cascas laminadas tanto utilizando análise linear quanto não-linear. Nos exemplos lineares, o algoritmo foi verificado e os ganhos em eficiência e tempo de execução devidos à paralelização do algoritmo foram estudados. Mostrou-se que o algoritmo paralelo não é somente mais rápido que o sequencial, mas também produz melhores resultados. Já nos exemplos não-lineares, foram obtidos projetos significativamente mais eficientes que aqueles obtidos utilizando análise linear.

Mestrado em Engenharia Mecânica Polímeros reforçados por fibras (PRF) tem sido utilizados durante muito tempo para aplicações estruturais, particularmente com laminados. No projeto de laminados é importante caracterizar o seu comportamento mecânico. O comportamento mecânico é caracterizado por uma rigidez inicial e pela fractura. A estratégia de modelação utilizada nesta dissertação permite não só prever o “first-ply-failure”, como também modelar a sequência de eventos a seguir, como a delaminação e a fractura final da estrutura. Para isso é utilizado um modelo para a interface e para as camadas, permitindo a interação entre eles. A rigidez inicial também é avaliada com diferentes ratios comprimento para espessura, permitindo também diferentes contribuições do cisalhamento transversal e de flexão. Nesta dissertação com o método dos elementos finitos (FEM) é investigado o comportamento estrutural de uma viga compósita sobe ensaios de flexão em três pontos. Para este fim o programa comercial Abaqus é utilizado, permitindo simulações numéricas com elementos continuum casca e elementos convencionais casca. Também são realizadas simulações numéricas de modo a preparar a resultados para uma futura experiência, para o qual o tamanho do provete é escolhido com recomendações do EN ISO 14125 Fiber-reinforced polymers (FRP) have been used for a long time for structural applications, particularly with laminates. It is important to characterize the mechanical behavior of laminates for their design. This behavior is characterized by an initial stiffness and by failure. The modeling strategy used in this thesis allows to predict not only first-ply-failure (FPF), but also to model the sequence of events afterwards, such as delamination and the final failure of the structure. This is achieved by using a damage model for the ply and for the interface, allowing the interaction between them. The initial stiffness is also evaluated with different length to thickness ratios, allowing different contributions from transverse shear and bending. In this thesis, with the finite element method (FEM) the structural behavior of a laminate composite beam under a three point bending configuration is investigated. For this purpose the commercial FEM package Abaqus is used, allowing numerical simulations with continuum shell and conventional shell elements. Also simulations are conducted, in order to prepare a future experiment for which the specimen size was chosen with recommendations from EN ISO 14125.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-11Bitstream added on 2014-06-13T18:55:36Z : No. of bitstreams: 1 damato_ca_me_guara.pdf: 5189731 bytes, checksum: 7cf7374eb00bfc3261138978aa82aad6 (MD5) Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos híbridos, combinando laminados poliméricos reforçados com fibras longas e placas metálicas, normalmente ligas de alumínio, denominados de CHMF, tem como uma de suas finalidades formar um conjunto de materiais que combine elevados valores de resistência mecânica, resistência ao impacto, rigidez e baixa massa específica. Essa combinação de propriedades torna os CHMF particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas e dos compósitos termorrígidos convencionais, em aplicações aeroespaciais. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os efeitos de diferentes condicionamentos ambientais (umidade e temperatura elevadas, salinidade e variações súbitas de temperatura) em CHMF dos tipos GLARE® (metal-fibra de vidro) e CARALL® (metal-fibra de carbono). Os efeitos dos condicionamentos estudados foram avaliados por ensaios de cisalhamento interlaminar (ILSS) e Iosipescu e ensaios de vibração livre. O estudo revela que a exposição a elevados ciclos de temperatura influencia significativamente as propriedades de cisalhamento dos laminados, devido, principalmente, à diferença dos coeficientes de expansão térmica entre os seus constituintes. Observa-se também que os módulos de perda e armazenamento são afetados, devido à possível formação de microtrincas na matriz polimérica e degradação da interface metal/compósito. Já a presença do baixo teor de umidade, por sua vez, não afeta de maneira significativa as propriedades de cisalhamento e viscoelásticas. Finalmente, a exposição em atmosfera salina mostrou-se o condicionamento mais agressivo, devido à formação de “pits” de corrosão nas camadas metálicas dos laminados The technological development of hybrid composites combining long-fiber reinforced polymeric laminates with metallic sheets, usually Al alloys, denominated FML, aims to obtain a range of materials with high mechanical strength values, stiffness and low weight. This combination of properties becomes the FML attractive as substitutes of both metal alloys and conventional thermosetting composites in aerospace applications. The objective of this work is to evaluate the effects of different environmental conditionings (high moisture and temperature, saline atmosphere and sudden changing of temperature) in GLARE® (glass fiber-metal laminates) and CARALL® (carbon fibermetal laminates) FML samples. Interlaminar and Iosipescu shear and free vibration tests were used to evaluate the studied environmental conditioning effects. The study shows that the exposure to high temperature cycles influences significantly the shear properties of the laminates, mainly due to the thermal expansion coefficient differences of their constituents. It is also observed that the loss and storage modules are affected due to the possible formation of microcracks in the polymer matrix and also the metal/composite interface degradation. In the other side, the presence of low moisture content does not affect so significantly the shear and viscoelastic properties. Finally, the saline atmosphere exposure showed the most aggressive conditioning, due to the formation of corrosion pits on the metal layers of the laminate

O atual ambiente de negócios caracteriza-se pela frequência e velocidade de mudanças políticas, socioeconômicas, culturais e tecnológicas. Diante desse contexto de mudanças, surge à necessidade das organizações se tornarem flexíveis e adaptáveis para se adequar a esse novo ambiente. O presente estudo tem como objetivo geral analisar os sistemas logísticos, utilizando um modelo matemático, para a tomada de decisão da melhor alternativa de transporte na distribuição física dos produtos em uma indústria produtora de laminados de madeira. Além do objetivo geral, o estudo também propõe avaliar a possibilidade da distribuição física através as diversas combinações dos modais de transportes. Definir um modelo de redes logísticas que facilite a análise e definição da melhor alternativa de transporte e, por fim, avaliar através do modelo matemático, fatores relacionados a custo, tempo e risco da operação logística de diferentes opções de transportes. Para consecução dos objetivos do trabalho a abordagem metodológica utilizada caracteriza-se como: indutiva, aplicada, qualitativa e quantitativa, exploratória e realizada sob a forma de levantamento. Através das variáveis que compõem o modelo (custo, tempo e isco), os resultados evidenciam o benefício da utilização do modelo matemático que gerou dados confiáveis para tomada de decisão que possibilitou ganhos na operação de transporte independentemente da localização geográfica, podendo adequar-se para atender as sazonalidades do mercado, priorizando a variável de maior importância para cada necessidade da distribuição física. The current business environment is characterized by the frequency and speed of political changes, socioeconomic factors, cultural and technological. On this context of changes, comes the need for organizations to become flexible and adaptable to suit this new environment. This study aims to analyze logistics systems, using a mathematical model for decision making of the best alternative transportation in the physical distribution of products in an industry producing laminated wood. Besides the general purpose, the study also proposes to assess the possibility of physical distribution through the various combinations of transportation modes. Define a logistic network models that facilitates the analysis and definition of the best transportation alternative, and finally, by evaluating the mathematical model, factors related to cost, time and risk of the logistics operation of different transport options. To achieve the objectives of the work, the methodological approach is characterized as inductive, applied, qualitative and quantitative, exploratory and conducted in the form of survey. Through the variables that make up the model (cost, time and risk), the results show the benefit of using the mathematical model that generated reliable data for decision making that possible gains in the transport operation independent of geographical location, and can adapt to meet the seasonality of the market, prioritizing the most important variable for every need of physical distribution.

Orientador: Fernando Galembeck Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Resumo: Este trabalho mostra a influência das interações eletrostáticas nas propriedades físicas e morfológicas de nanocompósitos poliméricos com argila preparados a partir de dispersões aquosas, e as características estruturais de laminados nanoestruturados autoadesivos preparados com borracha natural e argila. A preparação dos nanocompósitos envolveu a utilização de argilas produzidas através da troca do sódio por potássio, lítio e cálcio e a mistura destas com um látex estireno-acrílico sintetizado em laboratório. O tipo e o grau de hidratação dos cátions influenciaram de maneira significativa as propriedades mecânicas dos nanocompósitos. Mapas elementares baseados em espectroscopia por perda de energia de elétrons mostraram que os contra-íons estão presentes nas regiões onde se sobrepõem polímero e argila. Este resultado forneceu subsídios para a proposição de um modelo, onde os contra-íons atuam como uma ponte iônica entre as lâminas de argila e a matriz polimérica, ambas contendo excesso de cargas negativas. O modelo de adesão eletrostática mediada por contra-íons foi aplicado com sucesso na preparação de nanocompósitos com polietileno de baixa densidade e argila em meio aquoso. Os nanocompósitos preparados apresentaram aumento de aproximadamente 40% no módulo elástico frente ao polímero puro, quando 4% em massa de argila foi incorporado à matriz. Para a preparação dos laminados auto-adesivos, filmes nanocompósitos com propriedades mecânicas diferentes, em função da quantidade de argila incorporada à matriz, mas altamente compatíveis por possuírem a mesma matriz polimérica, foram unidos sem a utilização de adesivos ou tratamentos superficiais para aumentar a compatibilidade entre eles. Microtomografias de raios X, ensaios mecânicos e microscopia eletrônica de varredura acoplada a um feixe iônico focalizado (SEM/FIB) permitiram verificar que, sob estresse mecânico e de intumescimento, os filmes rompem no interior permanecendo a interface entre eles fortemente conectada Abstract: This Thesis demonstrates the influence of electrostatic interactions on the physical and morphological properties of polymer clay nanocomposites prepared in aqueous medium and the characteristics of self-adhesive natural rubber/clay laminate nanocomposites. Na-montmorillonite (Na-MMT) and its ion-exchanged derivatives (K-, Li-, Ca- MMT) were used to make nanocomposites by mixing with a low-Tg styrene-acrylic latex; these materials were used to verify the effects of counterions on nanocomposite morphology and mechanical properties. The monovalent cation clays form exfoliated/intercalated nanocomposites with more than 10-fold increase in modulus, as compared to the pristine polymer, and ~ 200 % increase in tensile strength. Li-MMT nanocomposites mechanical properties are strongly dependent on the extent of drying, as expected considering that these ions are strongly hydrated. Analytical electron micrographs show that the counterions are always accumulated in the domains containing clay and polymer, both carrying excess negative charges. The electrostatic interaction model was applied to making low density polyethylene and clay nanocomposites, in aqueous medium. The nanocomposite elastic modulus increases about 40% as compared to the pure polymer, thus verifying again the model. This result was attained adding 4% of Na-MMT to the polymer matrix. The assemblage of the self-adhesive laminates was made by joining natural rubber/clay nanocomposite films with different mechanical properties without using any adhesive or surface treatment. The joined nanocomposite films showed different properties due to their different clay contents but they show high compatibility since both use the same rubber matrix. X-ray microtomography, mechanical tests and electron microscopy with a focused ion beam showed that, under mechanical and swelling stress, the laminates undergo bulk fracture while keeping the interfaces strongly connected Doutorado Físico-Química Doutor em Ciências

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. O objetivo deste trabalho é desenvolver um programa de análise de placas de materiais compostos laminados usando o Método de Galerkin livre de elementos sem o problema de travamento ao cisalhamento (shear locking), como acontece no Método de Elementos Finitos. Este resultado é obtido através da melhoria das funções de interpolação, não sendo necessários artifícios como a integração numérica seletiva reduzida. O Método de Galerkin livre de elementos pertence à classe dos métodos sem malha, que se caracteriza pelas funções de forma de suporte compacto, fraca dependência dos pontos de aproximação e pela pouca dependência da malha de integração utilizada. Foi adotada a teoria de primeira ordem para laminados, o que equivale à teoria de placa de Mindlin, por ser sensível ao problema de travamento em placas de pequena espessura. A condição de contorno essencial foi imposta através do Método da Penalidade Exterior. Diversos testes foram realizados para determinar os melhores parâmetros do método, como a escolha da função peso, o domínio de influência e a densidade de partículas. Por fim, a ausência do fenômeno de travamento ao cisalhamento é confirmada comparando os resultados obtidos pelo método de Galerkin livre de elementos com outros métodos numéricos, com o método de elementos finitos e com soluções analíticas.

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: O presente trabalho tem por objetivo o cálculo de tensões em pontos no interior do domínio de placas finas anisotrópicas usando o método dos elementos de contorno. As equações integrais de contorno para deslocamentos e rotações em placas anisotrópicas são apresentadas. as derivadas de segunda ordem da equação integral de deslocamento são de senvol vidas. A partir destas equações, são calculadas as deformações e, em seguida, as tensões. Por fim são desenvolvidos procedimentos para o cálculo de critérios de falha para materiais anisotrópicos, analisando a falha em cada uma das lâminas. Exemplos são apresentados usando as rotinas desenvolvidas, cujos resultados são comparados com soluções encontradas na literatura. Os resultados obtidos pelas análises numéricas apresentam boa concordância com os resultados da literatura indicando a sua aplicabilidade em problemas reais de engenharia Abstract: The objective of the present work is the calculation of stresses in domain internal points af anisotropic thin plates using the boundary element method. Boundary integral equations for displacements and rotations in anisotropic plates are presented. Second order derivatives af the integral equation of displacement are developed. From these equations, strains and stresses are calculated. Finally procedures for the calculation of failure criteria for anisotropic matei-ials are developed, analyzing the failure in each laminae of the laminate. Examples are presented using the developed routines, wh.ose results are compared with solutions found in literature. Results for the numerical analysis present good agreement with results from the literature, indicating its applicability in real engineering problems Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Paulo Sollero Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho é desenvolvida uma formulação do método dos elementos de contorno para análise de estruturas formadas pela associação espacial de placas de laminados compósitos. Inicialmente, as formulações do método dos elementos de contorno, desenvolvida para pro­blemas de elasticidade plana e de flexão em placas finas para materiais anisotrópicos, são as­sociadas obtendo-se uma estrutura plana, denominada macro-elemento. Um macro-elemento contém simultaneamente os estados de flexão em placas finas e extensão (chapa) e possui quatro graus de liberdade por nó, sendo eles: deslocamento normal, tangencial e transver­sal e rotação normal. O modelo final assume uma associação desses macro-elementos no espaço. Cada macro-elemento é tratado como uma sub-região do MEC. As equações de cada sub-região, após as transformações de coordenadas, são acopladas através de equações de equilíbrio e compatibilidade. O tratamento numérico é feito através do método dos elemen­tos de contorno usando elementos constantes e quadráticos. Com o objetivo de validar a formulação desenvolvida, vários exemplos numéricos são analisados, os resultados obtidos são comparados com resultados analíticos e numéricos disponíveis na literatura Abstract: In this work a boundary element formulation is developed for the analysis of structures formed by three-dimensional association of symmetric laminated composite plates. Initially, the boundary element formulations developed for plane elasticity anisotropic problems and bending of anisotropic thin plate problems are associated in one plane structure with four degrees of freedom per node given by normal, tangential and transverse displacements and normal rotations. Then, the formulation is extended in order to allow the plane assembling of these structures. In the two-dimensional formulation, each plane element is defined as macro­element containing out-of-plane (bending) and in plane (stretching) degrees of freedom. The final system is obtained by assuming each individual plane structural element as a sub-­domain. After the necessary transformation of these equations, they can be combined in order to take into account displacement compatibilities and traction equilibrium conditions. The numerical treatment is carried out by the direct boundary element method. Numerical examples are presented and their results are compared to results available in literature Doutorado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica Este trabalho tem como objetivo analisar o comportamento da fadiga em materiais compostos laminados. O material composto foco do estudo é formado por resina epóxi reforçada por fibra de vidro dispostas em lâminas com as fibras orientadas a [0o/90o] e a [45o/ - 45o]. Duas abordagens do problema foram propostas, uma experimental e outra numérica. A parte experimental avalia a fadiga em corpos de prova que foram ensaiados numa máquina de fadiga por flexão, sendo levantadas curvas de esforços pelo número de ciclos de vida do material. Os corpos de prova foram fabricados utilizando o processo de moldagem a vácuo em molde aberto. Técnicas de extensometria foram aplicadas na aquisição dos dados experimentais. Na parte numérica foi aplicado um modelo de dano que avalia o comportamento da fadiga em materiais compostos. Este modelo consiste de uma lei de evolução do dano que utiliza as tensões que a peça está submetida pelos carregamentos cíclicos aplicados. As tensões foram obtidas de um modelo de elementos finitos para placas de materiais ortotrópicos laminados. Foi utilizado um elemento quártico de 25 nós, para de obter-se boa precisão na tensões com um custo computacional não muito elevado. O modelo está implementado em uma rotina de cálculo no Software MATLAB. Os resultado obtidos na análise numérica foram confrontados com os dados experimentais dos ensaios e com dados da literatura.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil.

Orientador: Oswaldo Luiz Alves Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica Mestrado

Orientador: Aloisio Ernesto Assan Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil Resumo: Apresenta-se um elemento finito triangular de sete nós para a análise de placas laminadas de material composto, pelo método dos deslocamentos. É necessário conhecer as propriedades elásticas do material, os coeficientes de correção do cisalhamento, a geometria da placa, assim como as orientações das fibras de cada lâmina. Este modelo é formulado usando o princípio da mínima energia potencial total junto com a teoria de deformação de cisalhamento de primeira ordem (Reissnerl/Mindlin). O elemento é baseado numa representação isoparamétrica aliada a estratégia de interpolação interdependente; polinômios de ordem cúbica para os deslocamentos de flexão e polinômios de ordem quadrática para a geometria do elemento, rotações e deslocamentos no plano médio. O elemento resultante é desenvolvido fazendo-se uso de integração numérica exata, com os domínios corrigidos e livre do efeito de travamento de cisalhamento (shear locking). Resultados numéricos são apresentados para demonstrar seu bom comportamento frente a outros elementos triangulares existentes na análise de problemas usuais Abstract: A seven-nodal degrees of freedom triangular finite element for analysis of laminated plates of composite material is presented. It is necessary to know the elastic properties of the material, the shear correction coefficients, the plate geometry as well as the orientation of the fibers of each one of the laminates. This model is formulated using the minimum total potencial energy with the theory of shear deformation of first order (Reissner/Mindlin). The element is based upon a isoparametric representation with a interdependent interpolation strategy; bicubic polynomials for the transverse displacements and biquadratic polynomials for the element geometry, in-plane rotations and displacements. The resulting element, developed using exact numeric integration, has correct rank and is free of shear locking. Numeric results are presented to show its good performance when compared with other existent triangular elements in the analysis of standard test problems Mestrado Estruturas Mestre em Engenharia Civil

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico Modelos de elementos finitos sólidos ortotrópicos são formulados e aplicados à análise de placas espessas. Seis elementos sólidos isoparamétricos são desenvolvidos a partir do método de deslocamentos, diferindo entre si quanto à ordem de suas funções de interpolação. Os elementos possuem funções de interpolação quadráticas ou cúbicas no plano e lineares, quadráticas ou cúbicas na espessura. Os modelos são aplicados à análise estática de placas isotrópicas, ortotrópicas e laminadas, os resultados sendo comparados com soluções analíticas da teoria da elasticidade. As tensões são calculadas diretamente da relação constitutiva ou através da integração das equações diferenciais de equilíbrio. Na suavização global do campo de tensões é utilizada a técnica de diferenças finitas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico Neste trabalho é apresentado um elemento finito desenvolvido para análise estática linear de cascas de material composto multilaminado. A formulação usada é baseada num método misto de deformações e no princípio de Hellinger-Reissner modificado. O conceito de casca sólida degenerada e campos independentes, de deslocamentos e de deformações supostas, foram usados na formulação do elemento. Uma transformação covariante, entre o sistema natural e o sistema local, é usada para as deformações supostas. O elemento trata o laminado como um meio homogêneo, usando-se para tal um modelo de lâmina equivalente. Conseqüentemente o número de graus de liberdade do elemento finito independe do número de lâminas. Vários exemplos para materiais isotrópicos e multilaminados são apresentados para ilustrar o comportamento do elemento proposto.

Mestrado em Engenharia Mecânica A presente Dissertação teve por objetivo a finalização e validação de um dispositivo de ensaio biaxial desenvolvido no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro. Este tipo de ensaio tem adquirido importância crescente, sobretudo para materiais anisotrópicos, como os laminados compósitos, que apresentam um comportamento tensão-deformação particularmente complexo. O trabalho realizado passou inicialmente pela implementação e calibração das células de carga, aplicação de um vídeoextensómetro à medição das deformações, conceção de peças auxiliares, criação de software de recolha de dados e elaboração de procedimentos de ensaio para garantir o rigor dos resultados. Seguidamente, procedeuse à validação dos sistemas e dos procedimentos desenvolvidos através de ensaios de tração uniaxial em provetes poliméricos, tomando como referência resultados de ensaio efetuados numa máquina universal. Finalmente, realizaram-se ensaios biaxiais de tração-compressão que reforçaram a confiança nos sistemas e procedimentos. The objective of this thesis was to conclude and validate a biaxial testing machine developed at the Mechanical Engineering Department of The University of Aveiro. Biaxial testing is increasingly important, especially for anisotropic materials such as composite laminates, which have a particularly complex mechanical behavior. the present work involved initially the implementation and calibration of load cells, application of a video-extensometer for strain measurements, design of auxiliary parts, development of raw data gathering software and definition of testing procedures to ensure the accuracy of results. In a second stage, the systems and procedures developed were validated through uniaxial tensile tests on polymer specimens using results obtained in a universal testing machine as benchmarks. Finally, biaxial tensile-compressive test were conducted and the results attained reinforced the confidence in the systems and procedures.

Mestrado em Engenharia Mecânica Esta tese desenvolveu-se a partir de uma proposta de uma conceituada empresa portuguesa especializada em kayaks e consistiu em desenvolver um laminado de base natural e com núcleo de cortiça, capaz de se assemelhar em termos mecanicos aos de fibra de vidro e resina epóxi já utilizados. Após uma alargada pesquisa de materiais e fornecedores, procedeu-se ao fabrico de várias placas diferentes. Os materiais de base foram o núcleo de cortiça, peles em fibra de linho e bio-resina epóxi. De modo a avaliar as respostas mecânicas em regime estático e dinamico, foram realizados ensaios de flexão e impacto. As conclusões obtidas após exaustiva análise dos resultados permitem concluir que os laminados naturais podem oferecer propriedades mecânicas interessantes e quiça rivalizar com os seus concorrentes sintéticos, mantendo as óbvias vantagens em termos de responsabilidade ambiental. Ficam também directrizes para o caso de se pretender o fabrico de um protótipo utilizando estes materiais. This work started from the demand of a renowed portuguese company specialized in kayaks. It focused the development of a fully natural composite material based on natural fibers and cork acting as a core, that showed similar mechanical properties when compared to synthetic materials based on fiberglass and epoxy resin. After a thorough search for materials, the choices relyed on flax fibers and epoxy bio-resin, besides the agglomerated cork core. Several laminates were produced and then subjected to static and dynamic mechanical testing, carried out via bending and impacts tests respectively. After a careful analysis of the obtained results, it was possible to conclude that the proposed materials show compatible mechanical properties and can even rivalize against synthetic materials. On top of that, natural materials keep the obvious advantage of eco-friendliness. In the end, guidelines are given in case a prototype may be constructed using the proposed composites.