| Resumo: |
Estruturas cilíndricas em compósitos possuem diversas aplicações em estruturas aeroespaciais e marítimas, devido a propriedades como elevada resistência e rigidez, baixo peso e baixa susceptibilidade à corrosão. Dentre as técnicas de fabricação de compósitos, o enrolamento filamentar (EF) é dos mais adequados para estruturas cilíndricas de paredes finas. Devido ao enrolamento helicoidal, o layout final apresenta um padrão de enrolamento regular e repetitivo, onde a superfície é dividida em regiões triangulares com camadas alternadas [±] e [∓]. Este padrão não é usualmente considerado em análises numéricas e sua influência na resposta mecânica dessas estruturas delgadas ainda não é compreendida. Assim, o foco desta dissertação é avaliar, através de abordagens experimental, analítica e numérica, a influência do padrão de enrolamento em estruturas cilíndricas em compósito submetidas à compressão axial, incluindo no estudo o efeito do condicionamento higrotérmico na resistência. Foram fabricados cilindros de carbono/epóxi por EF com diferentes padrões de enrolamento, ângulo de enrolamento e dimensões, e ensaiados em compressão axial. Análises por elementos finitos de flambagem foram realizadas. Os resultados mostraram que a resposta dos cilindros frente ao carregamento em compressão axial é sensível ao padrão de enrolamento. Dentre os cilindros analisados, os que possuíam elação diâmetro/espessura maior apresentaram falha por compressão e, neste cenário, padrões com unidades triangulares maiores apresentaram maior resistência à compressão. Por outro lado, cilindros com relação diâmetro/espessura menor apresentaram falha por flambagem e, neste caso, padrões com unidades triangulares menores apresentaram maior resistência à compressão visto que as zonas de entrelaçamento atuaram como barreiras para a propagação das regiões flambadas. Resultados numéricos mostraram boas previsões a respeito da carga crítica de flambagem, comparados à análise experimental. Também foram avaliadas estimativas de amplitude de imperfeição geométrica dos cilindros, implementando-as na análise de flambagem não-linear com base nos primeiros modos de flambagem linear de cada cilindro. Os resultados mostraram boa correlação entre numérico e experimental. Por último, o condicionamento higrotérmico diminuiu em até 14,6% a resistência à compressão nas diferentes configurações de padrão de enrolamento avaliadas. |
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