As estruturas sanduíche são formadas por duas faces externas (geralmente feitas com fibra sintética e resina) e um núcleo no meio. Estas estruturas possuem elevada rigidez em flexão, resistência ao cisalhamento e à compressão, e um peso muito baixo. São muitas vezes produzidos por moldagem líquida, como a infusão. Neste trabalho, foi utilizada resina éster‑vinílica, manta e tecido de fibra de vidro e núcleos de PET e PVC, para obter estruturas sanduíche pelo processo de RTM Light. O principal objetivo desta tese é validar a utilização desse processo para a fabricação dessas estruturas utilizando combinações dos núcleos e da manta ou tecido nas faces. Buscou‑se também estudar numericamente, utilizando o software OpenFOAM, o processo de RTM Light para estruturas sanduíches, sobre o qual há pouco estudo na literatura. A resina éster‑vinílica apresentou propriedades adequadas para utilização nestes compósitos, como viscosidade intermediária e tempo de cura apropriado para o processo de RTM Light, sendo que sua pós‑cura teve um efeito importante nas propriedades finais dos compósitos. Os dois núcleos demonstraram propriedades similares, como resistência à compressão transversal e longitudinal, mas o PVC apresentou uma resistência ao cisalhamento superior ao PET. Quanto ao tipo de reforço, também foram obtidos resultados similares, mas o tecido apresentou uma maior resistência à flexão que a manta. A simulação numérica do processo possibilitou prever o comportamento da resina dentro do molde de tal maneira a identificar padrões de preenchimento, bem como regiões mais propícias à formação de vazios. Sendo, portanto, uma ferramenta importante na construção de moldes, definição dos parâmetros de processo e na escolha das matérias‑primas. / The sandwich structures are comprised of two external faces (usually made of synthetic fiber and resin) and a core in between. These structures have high stiffness in bending, shear and compression strength, with a very low weight. They are often produced by liquid molding, such as infusion. In this work, vynil‑ester resin, glass mats and cloths and PET and PVC cores were used to obtain sandwich structures by Light RTM process. The main objective of this thesis is to validate the use of this process for the manufacture of these structures produced with a combination of cores and mats/clothes on the faces. The study was also based on a numerical study of the RTM Light process using the OpenFOAM software, for sandwiches structures, about which very little is available in the literature. The vinyl ester resin showed suitable properties for use in these composites, such as intermediate viscosity and adequate curing time for the Light RTM process, and its post‑cure had an important effect on the final properties of the composites. Both cores showed similar properties, such as resistance the transverse and longitudinal compression, but PVC showed greater shear strength than PET. The two types of reinforcement also produced similar results, but the use of cloths increased flexural strength. Numerical simulation of the process enabled prediction of the behavior of the resin inside the mold in a way to identify the filling pattern, as well as regions more prone to void formation. Thus, being an important tool for mold construction, definition of process parameters and the selection of raw materials.

As estruturas sanduíche são formadas por duas faces externas (geralmente feitas com fibra sintética e resina) e um núcleo no meio. Estas estruturas possuem elevada rigidez em flexão, resistência ao cisalhamento e à compressão, e um peso muito baixo. São muitas vezes produzidos por moldagem líquida, como a infusão. Neste trabalho, foi utilizada resina éster‑vinílica, manta e tecido de fibra de vidro e núcleos de PET e PVC, para obter estruturas sanduíche pelo processo de RTM Light. O principal objetivo desta tese é validar a utilização desse processo para a fabricação dessas estruturas utilizando combinações dos núcleos e da manta ou tecido nas faces. Buscou‑se também estudar numericamente, utilizando o software OpenFOAM, o processo de RTM Light para estruturas sanduíches, sobre o qual há pouco estudo na literatura. A resina éster‑vinílica apresentou propriedades adequadas para utilização nestes compósitos, como viscosidade intermediária e tempo de cura apropriado para o processo de RTM Light, sendo que sua pós‑cura teve um efeito importante nas propriedades finais dos compósitos. Os dois núcleos demonstraram propriedades similares, como resistência à compressão transversal e longitudinal, mas o PVC apresentou uma resistência ao cisalhamento superior ao PET. Quanto ao tipo de reforço, também foram obtidos resultados similares, mas o tecido apresentou uma maior resistência à flexão que a manta. A simulação numérica do processo possibilitou prever o comportamento da resina dentro do molde de tal maneira a identificar padrões de preenchimento, bem como regiões mais propícias à formação de vazios. Sendo, portanto, uma ferramenta importante na construção de moldes, definição dos parâmetros de processo e na escolha das matérias‑primas. / The sandwich structures are comprised of two external faces (usually made of synthetic fiber and resin) and a core in between. These structures have high stiffness in bending, shear and compression strength, with a very low weight. They are often produced by liquid molding, such as infusion. In this work, vynil‑ester resin, glass mats and cloths and PET and PVC cores were used to obtain sandwich structures by Light RTM process. The main objective of this thesis is to validate the use of this process for the manufacture of these structures produced with a combination of cores and mats/clothes on the faces. The study was also based on a numerical study of the RTM Light process using the OpenFOAM software, for sandwiches structures, about which very little is available in the literature. The vinyl ester resin showed suitable properties for use in these composites, such as intermediate viscosity and adequate curing time for the Light RTM process, and its post‑cure had an important effect on the final properties of the composites. Both cores showed similar properties, such as resistance the transverse and longitudinal compression, but PVC showed greater shear strength than PET. The two types of reinforcement also produced similar results, but the use of cloths increased flexural strength. Numerical simulation of the process enabled prediction of the behavior of the resin inside the mold in a way to identify the filling pattern, as well as regions more prone to void formation. Thus, being an important tool for mold construction, definition of process parameters and the selection of raw materials.

As estruturas sanduíche são formadas por duas faces externas (geralmente feitas com fibra sintética e resina) e um núcleo no meio. Estas estruturas possuem elevada rigidez em flexão, resistência ao cisalhamento e à compressão, e um peso muito baixo. São muitas vezes produzidos por moldagem líquida, como a infusão. Neste trabalho, foi utilizada resina éster‑vinílica, manta e tecido de fibra de vidro e núcleos de PET e PVC, para obter estruturas sanduíche pelo processo de RTM Light. O principal objetivo desta tese é validar a utilização desse processo para a fabricação dessas estruturas utilizando combinações dos núcleos e da manta ou tecido nas faces. Buscou‑se também estudar numericamente, utilizando o software OpenFOAM, o processo de RTM Light para estruturas sanduíches, sobre o qual há pouco estudo na literatura. A resina éster‑vinílica apresentou propriedades adequadas para utilização nestes compósitos, como viscosidade intermediária e tempo de cura apropriado para o processo de RTM Light, sendo que sua pós‑cura teve um efeito importante nas propriedades finais dos compósitos. Os dois núcleos demonstraram propriedades similares, como resistência à compressão transversal e longitudinal, mas o PVC apresentou uma resistência ao cisalhamento superior ao PET. Quanto ao tipo de reforço, também foram obtidos resultados similares, mas o tecido apresentou uma maior resistência à flexão que a manta. A simulação numérica do processo possibilitou prever o comportamento da resina dentro do molde de tal maneira a identificar padrões de preenchimento, bem como regiões mais propícias à formação de vazios. Sendo, portanto, uma ferramenta importante na construção de moldes, definição dos parâmetros de processo e na escolha das matérias‑primas. / The sandwich structures are comprised of two external faces (usually made of synthetic fiber and resin) and a core in between. These structures have high stiffness in bending, shear and compression strength, with a very low weight. They are often produced by liquid molding, such as infusion. In this work, vynil‑ester resin, glass mats and cloths and PET and PVC cores were used to obtain sandwich structures by Light RTM process. The main objective of this thesis is to validate the use of this process for the manufacture of these structures produced with a combination of cores and mats/clothes on the faces. The study was also based on a numerical study of the RTM Light process using the OpenFOAM software, for sandwiches structures, about which very little is available in the literature. The vinyl ester resin showed suitable properties for use in these composites, such as intermediate viscosity and adequate curing time for the Light RTM process, and its post‑cure had an important effect on the final properties of the composites. Both cores showed similar properties, such as resistance the transverse and longitudinal compression, but PVC showed greater shear strength than PET. The two types of reinforcement also produced similar results, but the use of cloths increased flexural strength. Numerical simulation of the process enabled prediction of the behavior of the resin inside the mold in a way to identify the filling pattern, as well as regions more prone to void formation. Thus, being an important tool for mold construction, definition of process parameters and the selection of raw materials.

Neste estudo são apresentados modelos em elementos finitos (EF), para a predição do comportamento de painéis sanduíche, simplesmente apoiados e fixados por pinos em duas bordas opostas ou nas suas quatro bordas. Os painéis são submetidos a cargas distribuidas transversais e estão sujeitos a grandes deformações. Duas técnicas de modelagem foram abordadas, utilizando-se o pacote comercial de EF Nastran: a) utilizando elementos sólidos equivalentes para o núcleo e elementos de placa para as faces e b) utilizando elementos de placa com três camadas de laminados equivalentes. São também apresentados os procedimentos experimentais utilizados para a obtenção das propriedades mecânicas necessárias para a modelagem das faces e nucleo e para a obtenção da rigidez nos pontos de fixação laterais. Os resultados obtidos com os modelos numéricos foram comparados com resultados experimentais com o objetivo de validar a técnica de modelagem desenvolvida e permitir o uso subsequente do modelo simplificado bi dimensional na previsão das tensões globais e das cargas de cisalhamento nos pontos de fixação dos painéis. Os resultados obtidos demonstraram que a metodologia utilizada apresenta uma ótima relação entre precisão nos resultados e eficiência computacional associada à versatilidade da análise por elementos finitos, essenciais para aplicações do dia a dia da indústria.

A utilização de estruturas do tipo sanduíche tem despertado grande interesse e já está bastante difundida em diversos segmentos industriais, principalmente na indústria aeroespacial, militar, naval e civil devido à sua capacidade de combinar alta rigidez à flexão e baixo peso, resultando numa estrutura altamente eficiente. Portanto, a determinação confiável das propriedades mecânicas de painéis sanduíche é de extrema importância no desenvolvimento do projeto de aplicação do mesmo. Neste trabalho foram elaborados modelos de vigas sanduíche em elementos finitos, utilizando-se o programa comercial de elementos finitos Nastran , para a predição do módulo de rigidez à flexão da estrutura (D) e o módulo de cisalhamento do núcleo (G), representando as condições a que estariam sujeitas em ensaios de flexão de 3 e 4 pontos de acordo com o descrito na norma ASTM C 393-00 Standard Test Method for Flexural Properties of Sandwich Constructions. As faces de carbono epóxi foram representadas por elementos de placa laminada (CQUAD4) e para o núcleo de espuma PVC foram utilizados elementos sólidos (CHEXA). Os resultados mostraram-se muito dispersos, indicando que o procedimento sugerido pela norma pode ser muito sensível a erros experimentais e não linearidades nas curvas carga × deslocamento. Foram ainda analisados modelos de vigas sanduíche em que os mesmos encontravam-se em condições de contorno e carregamento não simétricas em relação ao plano médio, neste tipo de configuração o efeito de enrijecimento por tensão é muito forte e os resultados indicaram que uma análise linear neste caso não é aplicável.

Este trabalho visa comparar duas concepções de fuselagens para aeronave regional de 30 passageiros. Dois conceitos foram analisados: uma fuselagem de material composto fabricada segundo o conceito SOFI (Stringer Outside Frame Inside) e uma de alumínio convencional semi-monocoque. As duas fuselagens foram pré-dimensionadas para atenderem requisitos de tensões e estabilidade estática. Os resultados foram avaliados também com o uso de um programa de elementos finidos. Fixadas as duas configurações foram estimados ambos os pesos estruturais e comparados. A fuselagem de material composto apresentou uma diminuição de peso de 8% em comparação à fuselagem de alumínio convencional e por isto pode-se considerar como uma alternativa valida para redução de peso estrutural.

Análise e síntese de placas sanduíche reforçadas sujeitas a restrições de frequência, flambagem global e estática são considerados. O problemade análise é formulado usando o método das faixas finitas associado à teoria de pequenas deflexões para placas ortotrópicas. Elementos de viga compativeis com as faixas finitas, nos quais o efeito do cisalhamento transvesal é levado em consideração, são também considerados. O elemento de faixa desenvolvido permite o completo desacopiamento das matrizes para os hamônicos m x n. O problema de otimização é formulado utilizando a estratégia de programação sequencial convexa, em conjunto com o método das direções viáveis modificado, como otimizador. O espaço de projeto inclui simultaneamente variáveis de dimensionamento e de configuração. A otimização acha a placa reforçada de menor peso com restrições nas diferentes respostas da análise, incluindo o critério de falha de Tsai-Wu sobre as tensões. Resultados numéricos são apresentados e comparações com outros trabalhos são feitas sempre que possível. Pode-se verificar a obtenção de bons resultados tanto nos problemas de análise como nos de otimização.

Compósitos do tipo sanduíche são largamente empregados em diversos setores industriais devido à sua capacidade de combinar alta rigidez à flexão a baixos pesos possibilitando, desta forma, o projeto e concepção de estruturas altamente eficientes. Além disso, este tipo de material ainda apresenta boas características como isolante térmico, acústico e em certos casos capacidade anti-chama. Assim sendo, a caracterização das suas propriedades mecânicas de maneira confiável torna-se de suma importância para sua aplicação e desenvolvimento. No presente trabalho é apresentada uma técnica alternativa para obtenção do módulo de cisalhamento de materiais utilizados como núcleo de estruturas sanduíche diferente das padronizadas pelas normas técnicas vigentes, através da medida direta de deformações de cisalhamento no corpo de prova através do uso de extensometria ótica pelo método de correlação de imagens em escala de cinza. Para tanto, foi utilizado um equipamento comercial capaz de medir, em tempo real, rotações entre pontos predefinidos nos corpos de prova a serem ensaiados, sem a necessidade de contato com os mesmos. A verificação do método foi realizada utilizando-se dois diferentes tipos de núcleo, a saber, Nomex honeycomb e espumas poliméricas de Poli Cloreto de Vinila (PVC). Os valores obtidos foram comparados com valores fornecidos pelos fabricantes e apresentaram, em média, bons resultados.

Este trabalho apresenta a modelagem em elementos finitos da estrutura do Itasat, um satélite universitário coordenado em parceria pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e pela Agência Espacial Brasileira (AEB). Em toda a estrutura do satélite utiliza-se placas-sanduíche com núcleo de colméia e faces isotrópicas, ambos em alumínio. É apresentado, então, um modelo de elementos finitos de três camadas para a análise destas placas, sendo o núcleo modelado por elementos sólidos (CHEXA) e as faces representadas por elementos de placas (CQUAD4). É utilizado para tal, o programa comercial MSC. Nastran. Também o modo de junção dos painéis internos do satélite é analisado. Estes painéis formam ângulos retos entre si, que transferem tração, compressão e cargas de flexão de um painel ao outro, como as juntas-T. Juntas coladas e parafusadas são usadas e alguns comentários são feitos. Como a análise de estruturas grandes e/ou complexas muitas vezes excedem a capacidade computacional, a divisão em subestruturas se torna necessária. Assim, este trabalho apresentou formas de subestruturação estática (Método dos Deslocamentos) e subestruturação dinâmica, também conhecida como Síntese Modal de Componentes, pelo método de Craig-Bampton. Observa-se que o uso de subestruturas apresenta resultados muito próximos aos de uma estrutura completa, tornando válidas as técnicas apresentadas.

O presente trabalho encontra-se dividido em três principais análises. Estas foram avaliadas via método de elementos finitos para obter uma predição do comportamento de uma viga sanduíche. Estas vigas são constituídas em materiais compostos de faces laminadas em carbono-epóxi e núcleo de espuma rígida de polímero e foram analisadas, mediante simulação com elementos C3D8R hexaédricos tridimensionais. A primeira análise foi realizada com o objetivo de determinar o comportamento estático detalhado do campo de tensões presentes nas faces, núcleo, assim como na interface núcleo-laminado. A segunda análise tem como objetivo descrever o comportamento da flambagem estática não-linear da viga sanduíche. A terceira análise tem o objetivo de estudar a flambagem da viga submetida a cargas estáticas axiais em conjunto com cargas dinâmicas de variação senoidal. Ao final apresenta-se uma comparação dos resultados das análises lineares e não-lineares. As análises numéricas mostram os efeitos das excitações dinâmicas quando associadas às cargas de compressão axial com o fim de compreender as possíveis falhas das estruturas sanduíche. Todas as análises presentes neste trabalho foram avaliadas para uma viga sanduíche engastada em uma extremidade e livre na outra. As simulações numéricas foram realizadas usando o programa comercial ABAQUS CAE 6.5-1. Não-linearidades geométricas foram consideradas nos modelos de elementos finitos de flambagem dinâmica.