Contribuição para teoria de placas: análises estruturais de compósitos laminados e estruturas sanduíches via formulações unificadas

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Caliri Junior, Mauricio Francisco
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Análise estrutural; Anisotropia; Anisotropy; Approximate solution methods; Compósitos Laminados; Continuidade C-1; Continuity C-1; Estruturas sanduíches; Finite element method; Laminated composites; Método dos elementos finitos; Métodos de soluções aproximadas; Sandwich structures; Structural analysis; Teorias unificadas de placa; Unified plate theories
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18148/tde-26072016-101122/

Em engenharia, a quantidade de problemas geométricos complexos que precisam ser resolvidos empregando teorias de placas ou cascas é notável. Esta é a razão por que há tantas teorias que buscam simplificar os problemas tridimensionais em outros menos custosos computacionalmente. Além disso, o aumento atual do uso de estruturas sanduíche requer que as formulações bidimensionais sejam mais precisas. Esta tese, num primeiro momento, compila a maioria das teorias de placa, comentando as principais diferenças, vantagens e desvantagens de cada uma. As formulações bidimensionais de placas laminadas são classificadas principalmente de acordo com o tratamento da coordenada na direção normal a superfície da mesma: Camada Única Equivalente (ESL), ESL refinada (teorias Zig-Zag) e Teorias Discretas ou de Camada (LW). Cada uma destas teorias é revista juntamente com as hipóteses de placas que são feitas para cada uma das camadas ou para o laminado como um todo. Para resolver tais problemas estruturais em engenharia, métodos numéricos são normalmente utilizados. Portanto, num segundo momento, alguns métodos de solução são citados e revisados, mas o foco é dado ao Método dos Elementos Finitos (MEF). A contribuição deste trabalho consiste na implementação de um novo método de solução de compósitos laminados e estruturas sanduíche com base em um sistema unificado de Formulação Generalizada (GUF) via MEF. Um elemento quadrilátero de 4 nós foi desenvolvido e avaliado com um código de Elementos Finitos desenvolvido pelo presente autor. Os requisitos para continuidade do tipo C-1 são respeitados para a variável de deflexão da placa. Esse método é nomeado de Formulação Generalizada do Caliri (CGF). Resultados para placas isotrópicas, placas de laminado compósito e estruturas sanduíche consideradas finas ou espessas são comparados com dados da literatura e soluções via Abaqus. Os resultados obtidos ao longo da espessura reforçam a necessidade de soluções de placa não-lineares para placas espessas (laminadas ou não). Mostrou-se que as soluções estáticas e dinâmicas empregando o método proposto fornecem resultados coerentes quando comparados com outros métodos de solução. Dentre os diversos estudos de caso investigados, verificou-se que é possível se obter resultados com alta concordância. Para uma estrutura sanduíche com núcleo macio, o resultado de deslocamento previsto para um carregamento estático chega a 99.8% de concordância e o resultado de uma análise modal da mesma estrutura mostra uma concordância de 99.5% com os resultados de um modelo feito com elementos 3D em um programa comercial de elementos finitos.