Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: On the impact of delamination on composite structures: comprehensive modal, static, and buckling analysis
Autor(es): SAIKI, Lucas Eiji de Castro
Primeiro Orientador: GOMES, Guilherme Ferreira
Resumo: A pesquisa sobre materiais compósitos tem ganhado destaque devido às suas excelentes propriedades mecânicas combinadas com baixo peso, o que atrai diversas áreas da engenharia, como a aeronáutica, naval, automobilística e industrial. Historicamente, os desafios envolvendo materiais compósitos incluem a compreensão de suas características, o controle da qualidade e a otimização das propriedades. Com o avanço da capacidade computacional, o método de elementos finitos tornou-se uma ferramenta essencial para prever o comportamento desses materiais sob diferentes condições de contorno. Este estudo específico foca em cilindros de parede fina compostos por cascas de 10 camadas com delaminações variadas. Cada tubo foi submetido a três tipos de análises: modal, estática e de flambagem. A análise detalhada dessas estruturas delaminadas visa compreender como os parâmetros de delaminação afetam o desempenho estrutural, permitindo o desenvolvimento de projetos mais tolerantes a falhas. Os parâmetros considerados para simular a delaminação incluem: z (altura da delaminação na elipse), b (eixo maior da elipse), r (razão entre os eixos maior e menor da elipse), θ (ângulo de inclinação da elipse), α (severidade da delaminação) e n (camada da parede fina com a delaminação). Foram realizados 1000 ensaios para cada tipo de análise com as mesmas delaminações. As respostas obtidas—frequência natural, índice inverso de Tsai Wu e autovalor—não apresentaram uma correlação significativa entre si, exceto pela boa correlação interna dos autovalores. Para entender melhor o impacto de cada variável nas respostas obtidas, foi utilizado o índice de Sobol, uma técnica de análise de sensibilidade global. Esta análise permitiu identificar os parâmetros mais críticos que influenciam cada tipo de resposta. Os resultados indicam que, embora não haja uma correlação direta e universal entre todas as respostas analisadas, a compreensão detalhada das influências de cada parâmetro de delaminação pode orientar o desenvolvimento de projetos mais robustos e resistentes. As descobertas desse estudo são valiosas para a engenharia de materiais, contribuindo para avanços na segurança e eficiência de estruturas compostas. Por fim, a dissertação conclui que o uso de análises modais, estáticas e de flambagem combinadas com a análise de sensibilidade é uma abordagem eficaz para avaliar e melhorar a performance de estruturas compostas delaminadas, fornecendo insights importantes para futuros projetos e pesquisas na área.
Abstract: Research on composite materials has gained prominence due to their excellent mechanical properties combined with low weight, attracting various engineering fields such as aerospace, naval, automotive, and industrial engineering. Historically, challenges involving composite materials include understanding their characteristics, controlling quality, and optimizing properties. With the advancement of computational capacity, the finite element method has become an essential tool for predicting the behavior of these materials under different boundary conditions. This specific study focuses on thin-walled cylinders composed of 10-layer shells with various delaminations. Each tube was subjected to three types of analyses: modal, static, and buckling. The detailed analysis of these delaminated structures aims to understand how delamination parameters affect structural performance, allowing the development of more failure-tolerant designs. The parameters considered for simulating delamination include: z (height of the delamination in the ellipse), b (major axis of the ellipse), r (ratio between the major and minor axes of the ellipse), θ (angle of inclination of the ellipse), α (severity of the delamination), and n (layer of the thin wall with the delamination). A total of 1000 tests were conducted for each type of analysis with the same delaminations. The responses obtained—natural frequency, inverse Tsai Wu index, and eigenvalue—did not show a significant correlation among themselves, except for a good internal correlation of the eigenvalues. To better understand the impact of each variable on the obtained responses, the Sobol index, a global sensitivity analysis technique, was used. This analysis helped identify the most critical parameters influencing each type of response. The results indicate that, although there is no direct and universal correlation among all the analyzed responses, a detailed understanding of the influence of each delamination parameter can guide the development of more robust and resilient designs. The findings of this study are valuable for materials engineering, contributing to advances in the safety and efficiency of composite structures. Finally, the thesis concludes that the use of modal, static, and buckling analyses combined with sensitivity analysis is an effective approach to evaluate and improve the performance of delaminated composite structures, providing important insights for future projects and research in the field.
Palavras-chave: Delaminação
Tubos compósitos
Flambagem
Tsai-Wu
Modal
Delamination
Composite tube
Buckling
Tsai-Wu
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
Idioma: eng
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4117
Data do documento: 9-Jul-2024
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