Flexão e compressão axial de painéis-sanduíche com reforços unidirecionais de juta e vidro e núcleo de PET : numérico e experimental - Dias, Thaís da Costa (2024)
A utilização de fibras vegetais em compósitos pode proporcionar diversas vantagens em comparação às fibras sintéticas, incluindo aspectos econômicos, sociais e ambientais além de propriedades mecânicas específicas satisfatórias. No entanto, é necessário um melhor entendimento a respeito da falha e dano de painéis-sanduíche com fibras vegetais devido à complexidade de previsão da falha destes materiais, bem como dos efeitos da não-linearidade de espumas poliméricas. Este trabalho foi dividido em três etapas, a primeira etapa objetivou avaliar o efeito da hibridização e sequência de empilhamento nas propriedades mecânicas dos laminados de juta, vidro e 3 sequências híbridas. Na segunda etapa foi avaliado o comportamento mecânico de painéis-sanduíche com núcleo de espuma de PET e faces de resina poliéster ortoftálica reforçada com fibras unidirecionais de juta, vidro e híbrido simétrico sob compressão axial variando o comprimento (100 e 180 mm) utilizando abordagens numéricas, experimentais e analíticas. Por fim, na terceira etapa as análises foram realizadas para os painéis com 5 tipos diferentes de faces (juta, vidro e 3 configurações híbridas) sob flexão. O processo de fabricação utilizado foi a infusão a vácuo e os constituintes dos painéis foram caracterizados para a alimentação dos modelos numéricos. As análises numéricas dos painéis foram realizadas via elementos finitos no Abaqus com uma sub-rotina do usuário (VUMAT) implementada com o critério de falha de Hashin para avaliar o comportamento de falha e dano das faces dos painéis foi utilizado o modelo Crushable Foam para a espuma. Para os painéis sob compressão axial, 4 modelos foram utilizados para prever a carga crítica de flambagem, sendo modelos lineares e não-lineares considerando imperfeições geométricas. Na primeira etapa de avaliação experimental dos laminados, os híbridos apresentaram módulo em tração intermediário aos compósitos de vidro e de juta puros. Houve uma flutuação na resistência à tração e compressão dos híbridos, justificada pela variação de teor de resina e de vazios e pela influência da sequência de empilhamento (regiões interlaminares vidro-juta). O painel híbrido apresentou uma carga crítica de flambagem maior que os painéis puros de juta e vidro devido a combinação entre propriedades mecânicas e geométricas. Além disso, os painéis longos foram mais suscetíveis a flambagem. Os modelos numéricos para os painéis com camadas de juta nas faces apresentaram uma carga crítica de flambagem e carga máxima de flexão subestimada devido a maior dificuldade em prever as propriedades de fibras vegetais. Os painéis híbridos apresentaram uma carga máxima em flexão maior que os painéis puros, com destaque para a sequência GJJG (vidro/juta/juta/vidro), que apresentou uma resistência à flexão ligeiramente mais alta entre os híbridos, novamente devido a combinação entre propriedades mecânicas e geométricas.