Análise de influências da inclusão de descontinuidades em corpos de prova para o ensaio de tração paralela às fibras
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| Data de Publicação: | 2025 |
| Tipo de documento: | Tese |
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| Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
| Texto Completo: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23162 |
Resumo: | Wood is a natural composite material which, due to its complex anatomical composition, is generally modeled as an orthotropic material, exhibiting distinct properties depending on the direction of analysis. Among the various mechanical properties of interest, the behavior of wood under tensile loading is particularly relevant. In this condition, wood presents an elasto-brittle response, characterized by the absence of significant plastic deformations prior to failure. The tensile failure process may occur through different modes, which introduces substantial uncertainties in determining the tensile strength parallel to the grain. This difficulty arises because the irregularity and randomness of the failure plane make the concept of average normal stress less representative for accurately estimating the actual strength values. In this context, the main objective of this research was to evaluate the influence of introducing lateral notches into standardized specimens, aiming to induce preferential failure planes in the central region. Four species of hardwoods from tropical forests were studied (Erisma uncinatum, Goupia glabra, Hymenolobium petraeum e Bagassa guianensis), thereby encompassing distinct anatomical and mechanical features. Notches were introduced in different orientations: aligned (0°) and inclined (30° and 45°). This approach sought to verify how the presence of such discontinuities would affect the failure modes observed during tensile tests parallel to the grain, as well as the magnitude and variability of the measured tensile strength values. The investigation combined experimental tests with numerical analyses based on the finite element method, allowing for a more comprehensive assessment of specimen behavior. The results demonstrated that the use of aligned notches in the standardized Brazilian specimen configuration led to a significant reduction in result dispersion, by consistently inducing fracture in the central region of the tested samples. In this case, an average reduction of 0.893 in tensile strength was observed compared to unnotched specimens. However, this decrease was accompanied by a reduction in variability and uncertainty associated with the estimation of tensile strength parallel to the grain, thus providing more consistent and representative results regarding the actual behavior of the material. Therefore, it can be concluded that the introduction of aligned notches represents an effective strategy to improve the reliability of tensile strength measurements in wood, contributing to methodological advances in the mechanical characterization of this natural and heterogeneous material. |
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Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23162.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23162Wood is a natural composite material which, due to its complex anatomical composition, is generally modeled as an orthotropic material, exhibiting distinct properties depending on the direction of analysis. Among the various mechanical properties of interest, the behavior of wood under tensile loading is particularly relevant. In this condition, wood presents an elasto-brittle response, characterized by the absence of significant plastic deformations prior to failure. The tensile failure process may occur through different modes, which introduces substantial uncertainties in determining the tensile strength parallel to the grain. This difficulty arises because the irregularity and randomness of the failure plane make the concept of average normal stress less representative for accurately estimating the actual strength values. In this context, the main objective of this research was to evaluate the influence of introducing lateral notches into standardized specimens, aiming to induce preferential failure planes in the central region. Four species of hardwoods from tropical forests were studied (Erisma uncinatum, Goupia glabra, Hymenolobium petraeum e Bagassa guianensis), thereby encompassing distinct anatomical and mechanical features. Notches were introduced in different orientations: aligned (0°) and inclined (30° and 45°). This approach sought to verify how the presence of such discontinuities would affect the failure modes observed during tensile tests parallel to the grain, as well as the magnitude and variability of the measured tensile strength values. The investigation combined experimental tests with numerical analyses based on the finite element method, allowing for a more comprehensive assessment of specimen behavior. The results demonstrated that the use of aligned notches in the standardized Brazilian specimen configuration led to a significant reduction in result dispersion, by consistently inducing fracture in the central region of the tested samples. In this case, an average reduction of 0.893 in tensile strength was observed compared to unnotched specimens. However, this decrease was accompanied by a reduction in variability and uncertainty associated with the estimation of tensile strength parallel to the grain, thus providing more consistent and representative results regarding the actual behavior of the material. Therefore, it can be concluded that the introduction of aligned notches represents an effective strategy to improve the reliability of tensile strength measurements in wood, contributing to methodological advances in the mechanical characterization of this natural and heterogeneous material.A madeira é um material compósito natural que, em virtude de sua complexa composição anatômica, é usualmente considerada como um material ortotrópico, apresentando propriedades diferenciadas conforme a direção de análise. Entre as diversas propriedades mecânicas de interesse, destaca-se o comportamento da madeira quando submetida a esforços de tração. Nessa condição específica, o material apresenta um desempenho classificado como elastofrágil, caracterizado pela ausência de deformações plásticas significativas antes da ruptura. O processo de ruptura à tração na madeira pode ocorrer por meio de diversos modos de falha, fato que gera incertezas substanciais na determinação da resistência à tração paralela às fibras. Isso ocorre porque a irregularidade e a aleatoriedade do plano de falha fazem com que o conceito de tensão normal média deixe de ser representativo para estimar, com precisão, o valor efetivo da resistência. Diante desse contexto, a presente pesquisa teve como objetivo principal avaliar a influência da introdução de cortes laterais em corpos de prova padronizados, visando induzir a formação de planos de falha preferenciais na região central. Foram estudadas quatro espécies de madeiras folhosas provenientes de florestas tropicais (Erisma uncinatum, Goupia glabra, Hymenolobium petraeum e Bagassa guianensis), de modo a contemplar diferentes características anatômicas e mecânicas. Os cortes foram introduzidos em diferentes orientações: alinhados (0°) e inclinados (30° e 45°). Com isso, buscou-se verificar de que maneira a presença dessas descontinuidades afetaria os modos de falha durante os ensaios de tração paralela às fibras, assim como a magnitude e a variabilidade dos valores de resistência obtidos. A investigação foi conduzida por meio de ensaios experimentais e complementada com análises numéricas utilizando o método dos elementos finitos, possibilitando uma avaliação mais aprofundada do comportamento dos corpos de prova. Os resultados evidenciaram que a utilização dos cortes alinhados nos corpos de prova padronizados pela norma brasileira promoveu uma significativa redução da dispersão dos resultados, ao induzir a ruptura para a região central da peça ensaiada. Observou-se, nesse caso, uma redução média da resistência de 0,893 em relação aos corpos de prova sem cortes. Contudo, essa diminuição foi acompanhada pela redução das variabilidades e incertezas associadas à estimativa da resistência à tração paralela às fibras, proporcionando resultados mais consistentes e representativos do comportamento real do material. Assim, conclui-se que a introdução de cortes alinhados pode ser uma estratégia eficiente para melhorar a confiabilidade das medições da resistência à tração da madeira, contribuindo para avanços metodológicos na caracterização mecânica desse material natural e heterogêneo.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGECivUFSCarAttribution 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS11. Cidades e Comunidades SustentáveisMadeira folhosaEspécie TropicalTração paralela às fibrasPlano de FalhaEnsaio mecânicoMétodo dos Elementos FinitosPadronizaçãoAnálise de influências da inclusão de descontinuidades em corpos de prova para o ensaio de tração paralela às fibrasAnalysis of the effects of introducing discontinuities in specimens for parallel-to-grain tensile testinginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdfTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdfapplication/pdf10662176https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b67a51a7-f44d-45a7-89e9-b109ffdd15fa/download0d6b4c5ee3ef2db9e355d939786ac14cMD51trueAnonymousREADTEXTTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdf.txtTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdf.txtExtracted texttext/plain103668https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/74662fec-4d9d-4993-a021-f3048ab7b47d/download68da2144dcb4837867503cd93b52d233MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdf.jpgTese_Tobias_Ribeiro_Deposito_2025.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4378https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2818173c-b133-4b67-a44e-410cf24a6a1d/downloadbfc4bc63139b4cbb03e40a3384e2f946MD54falseAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81026https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/2552aeb3-e793-464b-862a-ed462428539f/download8b1d7be50365a944321ad7a1789f6ebfMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/231622025-12-09T03:12:37.945794Zhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/Attribution 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23162https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-12-09T03:12:37Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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