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[pt] DESENVOLVIMENTO DE LIGAÇÕES VIGA-COLUNA DE PERFIS PULTRUDADOS POR MEIO DA MANUFATURA ADITIVA / [en] DEVELOPMENT OF BEAM-TO-COLUMN JOINTS FOR PULTRUDED PROFILES USING ADDITIVE MANUFACTURINGJESSE HENRIQUE NASCIMENTO BESERRA 11 April 2022 (has links)
[pt] O presente trabalho propõe um novo tipo de ligação entre perfis pultrudados que
não exija furação do material, seja leve e fabricado por manufatura aditiva. Para
isso, fez-se uma revisão do estado da arte no âmbito das ligações entre perfis de
compósitos, abordando ligações parafusadas simples, cujos parafusos estão sujeitos
apenas ao corte, bem como as ligações semirrígidas, que são menos contempladas
pela literatura atual. Além disso, tratou-se do uso de otimização topológica em
componentes mecânicos voltados à impressão 3D. Posteriormente, define-se a
geometria básica do componente proposto e o respectivo modelo numérico adotado
no processo de otimização topológica, expondo todas as condições de contorno,
carregamento e otimização. A fim de verificar experimentalmente o
comportamento do componente apresentado, ensaios momento-rotação foram
realizados em três grupos, sendo um composto por exemplares com a geometria
original básica e os demais por componentes otimizados (com e sem reforço). Por
fim, foi observado que o caminho de fibras estabelecido foi coerente com as
solicitações às quais o componente está submetido, haja vista a maior eficiência
manifestada pelo aumento de resistência e rigidez por unidade de massa. A mesma
constatação se aplica ao processo de otimização e ajuste. No mais, a utilização do
reforço com fibras implicou numa maior repetibilidade na resposta mecânica da
ligação. / [en] The current work proposes a new type of joint between pultruded profiles that
does not require drilling, is lightweight and build by additive manufacturing. To
accomplish that, a state of art review on pultruded profiles joints was carried,
addressing simple bolted joints which have their bolts only subjected to shear, as
well as semi-rigid joints. Besides, the use of topology optimization on 3D-printed
mechanical components is also addressed. Posteriorly, the basic geometry of the
proposed component is defined and its respective numeric model used within the
topology optimization, presenting their boundary, load and optimization conditions.
In order to experimentally verify the behaviour of the component, moment-rotation
tests were carried in three groups, namely, the original geometry group, the simple
optimized group and the reinforced optimized group. In the end, it was observed
that the defined fibre path is consistent with the stresses acting within the
component, regarding the greatest efficiency shown in terms of strength and
stiffness per unit mass for the reinforced specimens. The same applies to the
optimization and adjusting processes. Furthermore, the use of fibre reinforcement
led to a greater repeatability of mechanical response.
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[en] DELAMINATION AND MULTI-CRACK BEHAVIOR OF PULTRUDED GLASS FIBER-POLYMER WEB-FLANGE JUNCTIONS / [pt] DELAMINAÇÃO E COMPORTAMENTO DE MÚLTIPLA FISSURAÇÃO DE JUNÇÕES ALMA-MESA PULTRUDADAS DE POLÍMERO-FIBRA DE VIDROGISELE GOES CINTRA 10 July 2023 (has links)
[pt] Este trabalho visa discutir tópicos ainda não totalmente compreendidos a
respeito do comportamento de compósitos pultrudados de polímero reforçado com
fibras de vidro, englobando os mecanismos de falha e danos, bem como a resposta
à múltipla fissuração dos compósitos. Investigações experimentais e numéricas
foram conduzidas, com foco nas junções mesa-alma extraídas de variados tipos de
perfis e decks de pontes. Fatores que propiciam a delaminação, como a influência
de defeitos e imperfeições locais e a consequente modificação das trajetórias de
tensão são discutidas. Equações teóricas foram propostas para a determinação da
rigidez rotacional das junções mesa-alma, resultando em máximas diferenças de
24 por cento e 38 por cento para seções I e C, respectivamente. Para contribuir para um banco de
dados de parâmetros da fratura relacionados a esse material, adaptações de clássicos
experimentos da mecânica da fratura, para ambos os Modos I e II, foram propostos
e conduzidos. Nove métodos de regressão de dados foram analisados e comparados
com modelos de elementos finitos. O método Modified Beam Theory (MBTASTM)
apresentou os melhores resultados para propagação de fissuras no Modo I, enquanto
para o Modo II, os métodos Corrected beam theory using effective crack length
(CBTE) e Experimental compliance method (EMC) apresentaram os resultados
mais próximos dos modelos numéricos. Finalmente, uma nova abordagem para a
análise de múltipla fissuração é proposta. Curvas R e curvas compliance foram
obtidas com base na soma dos comprimentos de fissuras e as respectivas taxas de
liberação de energia elástica foram avaliadas separadamente. Os resultados da
abordagem proposta foram comparados com modelo numérico desenvolvido com
o auxílio de elementos coesivos e boas correlações em termos da resposta carga x
deslocamento foram encontradas. / [en] This work aims to discuss the behavior of pultruded glass fiber-polymer
composites related to issues not fully understood, comprising the damage and
failure mechanisms, as well as the multi-crack composites response. Experimental
and numerical investigations are conducted mainly on web-flange junctions (WFJ)
extracted from varied profiles and bridge decks systems. Factors that favor the
composites delamination, such as the influence of local defects/imperfections and
the consequent modification on the junctions stresses trajectories are addressed.
Theoretical equations were proposed to determine the WFJs rotational stiffness,
resulting in maximum differences of 24 percent and 38 percent for I-sections and channels,
respectively. To complement the scarcity of fracture parameter data related to the
material, adaptations of classical fracture mechanic experiments for both Modes I
and II were proposed and conducted. Nine data reduction methods were analyzed
and compared with finite element models. The Modified Beam Theory method
presented the best results for crack propagation in Mode I, whereas for Mode II, the
Corrected Beam Theory using effective crack length and the Experimental
Compliance Methods presented the closest results to numerical models. Finally, a
novel approach for the multi-crack assessment is proposed. Compliance and R-curves are obtained based on the sum of the crack lengths and the strain energy
release rate for each crack is evaluated separately. The results of this novel approach
were compared with numerical analyses developed with the use of cohesive
elements and a good agreement was found in terms of load vs. displacement
response.
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