Estudo da instabiliadade estrutural de tubos compósitos finos submetidos à pressão hidrostática externa - Gerhardt, Eduardo (2019)
Tubos de materiais compósitos poliméricos são amplamente utilizados como componentes estruturais em situações onde estão sujeitos a pressões externas ou cargas compressivas. Neste contexto, pode ocorrer o colapso do tubo, governado pela instabilidade ou pelo limite de resistência do material. Portanto, a predição da instabilidade é um fator crítico de projeto. Muitos parâmetros podem afetar as predições de instabilidade estrutural, e estas são normalmente realizadas por análises computacionais, incorporando no modelo geométrico as imperfeições da estrutura real. Entretanto, em um estágio inicial de projeto estes dados não estão disponíveis, exigindo abordagem alternativa para essas predições. Neste trabalho, foram estudados tubos compósitos de parede fina produzidos por enrolamento filamentar (filament winding), sujeitos à pressão hidrostática externa com o objetivo de predizer instabilidades. Algumas soluções analíticas conhecidas foram avaliadas por comparação com o método dos elementos finitos, sendo que duas delas apresentaram grandes desvios relativos. Foi então desenvolvido um procedimento numérico-experimental de caracterização das propriedades mecânicas dos materiais envolvidos por calibração com dados experimentais representativos. As variáveis do problema de instabilidade foram avaliadas por uma análise de sensibilidade, elencando-as em ordem de influência, onde se destacaram a espessura do tubo e o módulo longitudinal do tubo. As propriedades calibradas foram implementadas em análises por elementos finitos lineares e não-lineares de instabilidade, e os resultados foram comparados com dados experimentais de ensaios em câmara hiperbárica. Também foram avaliadas estimativas de amplitude de imperfeição geométrica dos tubos produzidos, implementando-as nas análises não-lineares de elementos finitos com base nos primeiros modos de instabilidade bifurcacionais de cada tubo. Os resultados obtidos apresentaram boa correlação numérico-experimental.