Tensão de ruptura verdadeira sob tração de fibras cerâmicas em feixes : experimentos e simulação - Neckel, Leandro (2019)
Fibras de materiais cerâmicos óxidos apresentam características peculiares de alta resistência mecânica e estabilidade química em ambientes de alta temperatura. Por conta disto, tais materiais podem ser empregados em sistemas de isolamento térmico bem como em compósitos de matriz cerâmica para aplicações aeroespaciais onde estabilidade estrutural é requerida. Tendo em vista isso, a compreensão do comportamento mecânico deste material é de grande interesse. Nesse trabalho, foi investigado por meio de experimentos e simulação o comportamento sob tração até a tensão verdadeira de ruptura de 2 tipos diferentes de fibras cerâmicas em feixes. As fibras cerâmicas utilizadas foram as comerciais Nextel 610 (alumina) e Nextel 720 (mulita), produzidas pela empresa 3M. Amostras foram submetidas a ensaios de tração utilizando corpos de prova com diferentes quantidades de fibras para a determinação de sua tensão verdadeira de ruptura. Para o cálculo desta, foi proposto um método baseado na detecção e classificação de sinais de ruptura em classes de carregamento. Os resultados experimentais obtidos revelaram um comportamento de aumento de mais de cinquenta por cento da tensão de ruptura verdadeira dos feixes de fibras com crescente quantidades de fibras. Em paralelo, simulações foram desenvolvidas e executas com o objetivo de determinar a tensão de ruptura verdadeira das fibras baseado nos parâmetros da distribuição de Weibull para a ruptura de fibras simples. Para isto, um novo sistema de posicionamento de fibras foi desenvolvido juntamente com um novo algoritmo de detecção de vizinhança para a implementação de modelos de compartilhamento de carga na simulação. Ainda, um novo modelo de compartilhamento de carga baseado no espalhamento do carregamento compartilhado foi proposto e aplicado no algoritmo de simulação. Por meio do método computacional, também se verificou uma crescente tensão de ruptura verdadeira dos feixes de fibras com a quantidade de fibras inicial do feixe nas mesmas proporções dos dados experimentais. No entanto, os modelos de compartilhamento de carga apresentaram resultados pouco diferentes, impedindo a determinação do modelo mais adequado para o estudo do fenômeno. Por fim, suposições foram feitas em relação ao desempenho dos modelos e algumas explanações dadas a fim de auxiliar a compreensão do fenômeno da variação da tensão de ruptura verdadeira dos feixes de fibras cerâmicas.