Uma metodologia para avaliação do comportamento mecânico de compósitos com microestrutura multifásica

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Moreira, Matheus Madrid
• Orientador(a): Marczak, Rogerio Jose
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Compósitos; Comportamento mecânico; Micromecânica; Elementos finitos
• Palavras-chave em Inglês: Composites; Microstructure; Homogenization; Anisotropy
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/220973

O desenvolvimento da manufatura aditiva leva a um novo paradigma no projeto de materiais, no qual a topologia da microestrutura desempenha um papel central. Nos últimos anos, processos que permitem a impressão tridimensional de diferentes materiais, incluindo feixes contínuos de compósitos poliméricos reforçados por fibras de carbono, têm atraído a atenção da comunidade científica. A flexibilidade no design geométrico e a precisão sub milimétrica das tecnologias de fabricação por métodos aditivos viabilizam adequar o arranjo microestrutural de materiais para obter respostas macroscópicas aprimoradas. Assim, também surge a necessidade de formular modelos matemáticos com capacidade de descrever comportamentos cada vez mais complexos. Neste contexto, o presente trabalho apresenta uma metodologia numérica para auxiliar no estudo do comportamento mecânico de compósitos com microestrutura formada pela disposição espacial de uma fase contínua de reforço. A estratégia computacional é programada em um software comercial de elementos finitos. São gerados modelos tridimensionais para caracterizar microestruturas com arquiteturas inspiradas nas tramas fundamentais de compósitos têxteis (tecidos do tipo plano, sarja e cetim) e nos entrelaçamentos resultantes em processos automatizados de posicionamento contínuo de reforços. O problema é abordado no domínio da elasticidade linear, com hipótese de pequenas deformações. Os detalhes microestruturais são incorporados na resposta efetiva do material por meio de um procedimento de homogeneização baseado nos argumentos físicos do Princípio de Hill-Mandel. A metodologia implementada é aplicada para investigar as dimensões que estabelecem o elemento de volume representativo (EVR) de um compósito microestruturado específico e para avaliar os efeitos que são produzidos por diferentes arranjos microestruturais sobre a resposta mecânica macroscópica observada em modelos que contêm a mesma quantidade de feixes de reforço. Os resultados obtidos revelam comportamentos constitutivos anisotrópicos, distintos daqueles que se pode intuir a partir de experiências prévias com materiais isotrópicos ou até mesmo ortotrópicos. A existência de fortes acoplamentos entre extensão e cisalhamento, em diferentes planos e direções, é demonstrada através dos campos de deslocamentos causados por uma condição de carregamento simples.