Painéis sanduíches de poliéster reforçado com fibras de rami para aplicação na Construção Civil

RESUMO Neste trabalho foram produzidos e caracterizados mecanicamente compósitos de resina de poliéster reforçada com tecido bidirecional de fios de rami, com diferentes teores de reforço. Estes compósitos foram testados experimentalmente e numericamente como faces de painéis sanduíches formados com núcleos de bucha vegetal impregnada com resina de poliéster e poliestireno expandido - EPS. A caracterização mecânica dos materiais em estudo foi realizada em laboratório a partir de ensaios de tração e flexão, e simulação numérica pelo Método de Elementos Finitos (MEF). A microestrutura do compósito foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A partir das propriedades mecânicas obtidas para os compósitos reforçados com tecido bidirecional de fios de rami e núcleos de EPS e bucha vegetal, observou-se viável a confecção de painéis sanduíches para aplicação na Construção Civil. Os compósitos com 50% de volume de fios de rami apresentaram as melhores propriedades mecânicas e foram usados como faces nos protótipos dos painéis. Os núcleos em estudo apresentaram bons resultados, com destaque para a bucha vegetal impregnada de resina poliéster, que apresentou maior rigidez e opções de confecção de painéis com maiores dimensões e mais delgados. O presente trabalho evidenciou o potencial das fibras vegetais para uso como constituintes dos compósitos poliméricos e núcleo dos painéis sanduíches e, portanto, revela uma nova alternativa de aproveitamento dessas fibras para aplicação no setor da construção

Fatigue analysis of stochastic systems incorporating viscoelastic materials

This work proposes a new probabilistic approach for the Sine’s fatigue criterion in the frequency-domain to investigate the fatigue damage of a viscoelastically-damped system with uncertainties. In this case, the finite element method has been used in conjunction with the Karhunen-Loève expansion method to discretize the Gaussian random fields and to construct the stochastic elementary FE matrices for a three-layer sandwich plate element. To incorporate the frequency- and temperature-dependent behavior of the 3M ISD112 viscoelastic material adopted here, it is considered the complex modulus approach, which is used in the computation of the frequency response functions and the stress responses of the viscoelastic system. These responses are required in the estimation of the Sine’s global criterion. A natural extension of the modeling capability presented here is the use of optimization techniques with the aim of reducing the time to perform a fatigue analysis of viscoelastic systems. Within this context, it has been used the well-known NSGA optimization technique. However, due to the large number of exact evaluations of the objective functions for the robust multiobjective optimization strategy proposed in the present contribution, it is suggested a model reduction method to deal with viscoelastic systems. It is based on the construction of a frequency- and temperature-independent basis which is further enriched by static residues due to the external excitations and viscoelastic damping forces in a iteratively way. The main goal is to approximate the stress responses of the viscoelastic system and to reduce the computational time required to compute the optimal-robust solutions. The numerical examples with a three-layer sandwich plate incorporating viscoelastic damping illustrate the developments of the methodology proposed herein and the necessity of considering the uncertainties in the optimization process of more realistic viscoelastically-damped systems with the aim of increasing their fatigue life.Tese (Doutorado)Este trabalho propõe uma nova formulação probabilística do critério de fadiga multiaxial de Sines para a análise de fadiga no domínio da frequência de sistemas amortecidos viscoelasticamente e na presença de incertezas. Para isto, o método dos elementos finitos é combinado com o método de expansão de Karhunen-Loève para a discretização dos campos aleatórios e consequente geração das matrizes estocásticas para um elemento de placa sanduíche de três camadas. Para considerar a dependência em frequência e em temperatura das propriedades mecânicas do material viscoelástico ISD112 da 3M utilizado neste trabalho, optou-se pela aproximação do módulo complexo para o cálculo das funções de resposta em frequência e das respostas em tensão necessárias na estimação do índice de fadiga. Uma extensão natural da análise de fadiga dos sistemas viscoelásticos tratados neste trabalho é o uso de técnicas de otimização. Ela permite reduzir o custo e o tempo de execução do projeto de um sistema viscoelástico com vistas à sua vida em fadiga. Neste sentido, optou-se por utilizar o NSGA. Entretanto, em vista do grande número de avaliações exatas das funções objetivo associado ao procedimento de otimização multiobjetivo robusto proposto para avaliar as incertezas no espaço de busca, propõem-se o uso de uma técnica de redução de modelos bem adaptada aos sistemas viscoelásticos. Neste caso, foi construída uma base de redução constante (independente da frequência e da temperatura) enriquecida iterativamente com resíduos estáticos dos esforços externos e das forças viscoelásticas. O objetivo é aproximar as respostas em tensão do sistema viscoelástico e reduzir o tempo de cálculo das soluções ótimas e robustas. Através dos inúmeros exemplos numéricos com uma placa plana sanduíche de três camadas, pode-se ilustrar os desenvolvimentos abordados ao longo deste trabalho e a importância de se considerar as incertezas na otimização de sistemas viscoelásticos mais realísticos para a análise de fadiga

Painéis sanduíches de poliéster reforçado com fibras de rami para aplicação na Construção Civil

RESUMO Neste trabalho foram produzidos e caracterizados mecanicamente compósitos de resina de poliéster reforçada com tecido bidirecional de fios de rami, com diferentes teores de reforço. Estes compósitos foram testados experimentalmente e numericamente como faces de painéis sanduíches formados com núcleos de bucha vegetal impregnada com resina de poliéster e poliestireno expandido - EPS. A caracterização mecânica dos materiais em estudo foi realizada em laboratório a partir de ensaios de tração e flexão, e simulação numérica pelo Método de Elementos Finitos (MEF). A microestrutura do compósito foi analisada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A partir das propriedades mecânicas obtidas para os compósitos reforçados com tecido bidirecional de fios de rami e núcleos de EPS e bucha vegetal, observou-se viável a confecção de painéis sanduíches para aplicação na Construção Civil. Os compósitos com 50% de volume de fios de rami apresentaram as melhores propriedades mecânicas e foram usados como faces nos protótipos dos painéis. Os núcleos em estudo apresentaram bons resultados, com destaque para a bucha vegetal impregnada de resina poliéster, que apresentou maior rigidez e opções de confecção de painéis com maiores dimensões e mais delgados. O presente trabalho evidenciou o potencial das fibras vegetais para uso como constituintes dos compósitos poliméricos e núcleo dos painéis sanduíches e, portanto, revela uma nova alternativa de aproveitamento dessas fibras para aplicação no setor da construção