Análise mecânica e dinâmica tridimensional de um compósito cilíndrico de fibra de carbono/epóxi em função do padrão de bobinamento

Abstract

As camadas helicoidais geradas no processo de fabricação de um compósito polimérico por bobinamento filamentar exercem um papel importante em componentes estruturais fabricadas por esse processo, pois ela é responsável em proporcionar resistência mecânica axial e a flexão a estrutura. No aspecto construtivo, o método de bobinamento cruzado, forma regiões que se assemelham a mosaicos em formato de um losango. A geração desses mosaicos, muitas vezes não são considerados nas análises de cálculo estrutural, e quando considerados, geralmente são modelados por meio de elementos de casca. Os modelos em casca permitem representar de forma satisfatória o tamanho e formato desses mosaicos, porém são incapazes de representar de maneira fidedigna as regiões de entrelaces devido as suas limitações geométricas. Neste presente trabalho foi desenvolvido um modelo numérico tridimensional micro mecânico por meio de ferramentas de elementos finitos que pudesse representar de modo mais fiel as regiões de entrelaces, além disso, foi desenvolvido um modelo em casca com as mesmas formas geométricas e configurações de camadas do modelo tridimensional a fim de verificar a diferença de tensão e deformação entre esses dois modelos, aplicando nessas estruturas um carregamento de pressão puramente radial. Foi realizado um ensaio experimental de análise dinâmica modal e uma modal numérica para verificar se existem mudanças na rigidez das estruturas quando se modifica seu padrão de bobinagem. Foi verificado que as tensões nas camadas helicoidais dos modelos tridimensionais se comportaram diferente dos modelos em casca nas regiões de entrelace, identificando-se na primeira, tensões de compressão e valores de tensões a tração superiores as dos modelos em casca. Esses resultados indicam que essas zonas são regiões propensas a iniciar falhas, o que destaca a importância das abordagens tridimensionais para o dimensionamento de estruturas com esse tipo de arranjo. Os modelos tridimensionais oferecem resultados mais confiáveis ao considerar as regiões de entrelaces, pois essas regiões podem ser propensas a falhas. Na análise modal numérica e experimental foi verificado que o comportamento dinâmico não foi alterado quando se modificaram os padrões de bobinagem.