This research endeavor develops Isogeometric approach for analysis of composite structures and take advantage of higher order continuity, smoothness and variation diminishing property of Nurbs basis for stress analysis of composite and sandwich beams and plates. This research also computes stress concentration factor in a composite plate with a hole. Isogeometric nonlinear/linear finite element code is developed for static and dynamic analysis of laminated composite plates. Nurbs linear, quadratic, higher-order and k-refined elements are constructed using various refinement procedures and validated with numerical testing. Nurbs post-processor for in-plane and interlaminar stress calculation in laminated composite and sandwich plates is developed. Nurbs post-processor is found to be superior than regular finite element and in good agreement with the literature. Nurbs Isgoemetric analysis is used for stress analysis of laminated composite plate with open-hole. Stress concentration factor is computed along the hole edge and good agreement is obtained with the literature. Nurbs Isogeometric finite element code for free-vibration and linear dynamics analysis of laminated composite plates also obtain good agreement with the literature. Main highlights of the research are newly developed 9 control point linear Nurbs element, k-refined and higher-order Nurbs elements in isogeometric framework. Nurbs elements remove shear-locking and hourglass problems in thin plates in context of first-order shear deformation theory without the additional step and compute better stresses than Lagrange finite element and higher order shear deformation theory for comparatively thick plates i.e. a/h = 4. Also, Nurbs Isogeometric analysis perform well for vibration and dynamic problems and for straight and curved edge problems. / Ph. D.

L'analyse des phénomènes locaux comme les effets de bord libre et le délaminage dans les structures multicouches nécessite des théories fines qui donnent une bonne description de la réponse locale. Étant donné que les approches tridimensionnelles sont, en général, très coûteuses en temps de calcul et en mémoire, des approches bidimensionnelles de type layerwise sont souvent utilisées. Dans ce travail de doctorat, un modèle layerwise en contrainte, appelé LS1, est appliqué au problème du multi-délaminage dans les plaques stratifiées invariantes dans le sens longitudinal. L'invariance dans la direction de la longueur nous permet d'aborder le problème analytiquement. Dans un premier temps, nous proposons une méthode analytique pour l'analyse des plaques multicouches multi-délaminées soumises à la traction uniaxiale. La singularité des contraintes interlaminaires aux bords libres et l'initiation du délaminage en mode III sont étudiées. Un modèle raffiné, nommé LS1 raffiné, est proposé pour améliorer les approximations dans les zones de singularités telles que les bords libres et les pointes de fissure. Les résultats du modèle raffiné sont validés en les comparant avec ceux obtenus par éléments finis tridimensionnels. Dans un deuxième temps, l'approche analytique proposée est étendue à la flexion cylindrique des plaques multicouches. La propagation du délaminage en modes I et II est étudiée et les approximations du modèle LS1 sont validées. À la fin, nous généralisons la méthode analytique proposée afin de prendre en considération tous les chargements invariants dans le sens longitudinal. L'approche finale permet d'analyser les plaques multicouches rectangulaires soumises à des charges invariantes sur les faces supérieure et inférieure, les forces ou les déplacements imposés sur les bords latéraux ainsi que quatre types de chargement sur les extrémités longitudinales: traction uniaxiale, flexion hors plan, torsion et flexion dans le plan. La solution analytique du modèle LS1 est obtenue pour une plaque stratifiée soumise à tous les chargements mentionnés ci-dessus. L'approche est validée en comparant avec la méthode des éléments finis tridimensionnels pour plusieurs types de chargement / The analysis of local phenomena such as free-edge effects and delamination in multilayered structures requires the accurate theories which can provide a good description of the local response. Since the three-dimensional approaches are generally very expensive in computational time and memory, the layerwise two-dimensional approaches are widely used. In this Ph.D. thesis, a stress layerwise model, called LS1, is applied to the multi-delamination problem in longitudinally invariant multilayered plates. The invariance in the longitudinal direction allows us to solve the problem analytically. At first, we propose an analytical method for the analysis of multi-delaminated multilayered plates subjected to the uniaxial traction. The free-edge interlaminaire stress singularities and the mode III delamination onset are investigated. A refined model, called Refined LS1, is proposed in order to improve the approximations in singularity zones such as free edges and crack tips. The results of the refined model are validated by comparing them with those obtained by a three-dimensional finite element model. Afterwards, the proposed analytical approach is extended to the cylindrical bending of the multilayered plates. The propagation of delamination in modes I and II is studied and the approximations of the LS1 model are validated. At last, we generalize the proposed analytical method to take into account all invariant loads in the longitudinal direction. The final approach allows us to analyze the rectangular multilayered plates subjected to invariant loads on the top and bottom surfaces, imposed displacements or forces at the lateral edges, and also four types of loading at the longitudinal ends: uniaxial traction, out-of-plane bending, torsion and in-plane bending. The analytical solution of the LS1 model is obtained for a laminated plate subjected to all the loads mentioned above. The approach is validated by comparison with the three-dimensional finite element method for various types of loading

Embora os materiais compósitos possuam diversas vantagens em relação aos metálicos, uma de suas desvantagens é a baixa resistência à delaminação, um dos modos mais comuns de falha de estruturas em materiais compósitos. O objetivo deste trabalho é obter valores de resistência à fratura interlaminar, para um laminado com camadas de carbono-epoxi a 0 pré-impregnadas, à temperatura ambiente. Foram realizados os ensaios DCB (Double Cantilever Beam) para o modo I (abertura), 4ENF (Four Point End Notched Flexure) para modo II (cisalhamento) e MMB (Mixed Mode Bending) para o modo misto. Os ensaios DCB e MMB seguiram normas ASTM, enquando o 4ENF foi realizado seguindo procedimentos desenvolvidos pelo MERL (Materials Engineering Research Laboratory). O ensaio MMB foi realizado com as razões de mixidade de 25, 50 e 75%. Além disso, foi avaliado o método de redução de dados CBBM (Compliance Based Beam Method) para o ensaio DCB, no qual não é necessário medir o comprimento de delaminação durante o ensaio. Finalmente, foi discutida a correlação entre e através do envelope de falha do material e a influência do uso de tecido de fibra de carbono nos resultados de tenacidade à fratura interlaminar.

Neste trabalho foram avaliadas três condições de soldagem por resistência em um compósito híbrido de fibra de vidro e fibra de carbono com matriz de PPS. Os métodos utilizados para caracterizar a soldagem foram: 1 - Avaliação da tenacidade à fratura interlaminar em modo I da junta soldada pela técnica DCB; 2 - Avaliação da resistência ao cisalhamento interlaminar através do ensaio de flexão em 3-pontos em vigas curtas; 3 - Inspeção não-destrutiva pelo método de ultrassom; 4 - Avaliação micrográfica da seção soldada; e 5 - Análise de falha da superfície de fratura. Das propriedades avaliadas, GI e cisalhamento interlaminar, os corpos-de-prova soldados apresentaram características que se situaram entre as condições de referência (laminados sólidos produzidos em autoclave e laminados sólidos produzidos por co-consolidação). Em termos do ensaio de tenacidade à fratura interlaminar em modo I os resultados permitiram avaliar a qualidade da soldagem nesse modo de solicitação.

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Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-26T21:10:23Z No. of bitstreams: 1 JOÃO VITOR DE QUEIROZ MARQUES - DISSERTAÇÃO PPGEM 2015..pdf: 10546995 bytes, checksum: acf6dba421165a1333cc0862541902b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-26T21:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JOÃO VITOR DE QUEIROZ MARQUES - DISSERTAÇÃO PPGEM 2015..pdf: 10546995 bytes, checksum: acf6dba421165a1333cc0862541902b2 (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Os compósitos poliméricos costumam ter uma elevada resistência mecânica em relação à sua densidade. Uma característica fundamental para que os materiais possam ser utilizados na engenharia é a previsibilidade de seu comportamento quanto ao carregamento. Devido à natureza heterogênea da estrutura dos compósitos e devido a interação entre suas fases constituintes as características deste material dependem das propriedades das fases constituintes, da fração volumétrica de cada fase constituinte, da iteração entre suas fases e do método de fabricação. Este trabalho trata do desenvolvimento de garras para ensaio mecânico, para materiais compósitos, que possibilitem obter o valor do cisalhamento interlaminar de compósitos poliméricos. O cisalhamento interlaminar permite avaliar, entre outras coisas, a influência do método de fabricação na resistência do compósito. Foram desenvolvidos dois tipos de garras: o tipo Iosipescu e o tipo V-notched Rail Shear. Para o desenvolvimento das garras de ensaio foi utilizada a metodologia seguinte: Projeto Informacional, Projeto conceitual, Projeto Preliminar, Projeto Detalhado, Fabricação e Testes. Além da montagem de um sistema de Instrumentação para avaliar a deformação localizada no centro dos corpos de prova. Os resultados obtidos com a garra Iosipescu apresentaram uma variação de 13,6% em relação a literatura, enquanto naquelas obtidas com a garra V-notched Rail Shear obtiveram uma variação de 3,9 % em relação a literatura.

Ultrasonic Consolidation (UC) is a solid state additive manufacturing process which fabricates three-dimensional objects by ultrasonically joining metal foils together, layer-bylayer, to form a solid part. A wide range of materials can be used to fabricate parts by UC and products with complex internal geometry can be generated by shaping the crosssection throughout the build using Computer Numerically Controlled (CNC) milling. As a result of its ability to embed various secondary materials and fibres in metal matrices, UC has emerged as a potential method of fabricating multi-functional materials and structures.

[ES] El presente trabajo de investigación se enmarca dentro del campo de los materiales compuestos o composites de resina viniléster y tejido de alto gramaje (780 g/m2) de fibra de vidrio E. Más concretamente esta resina viniléster es relativamente novedosa y no existe mucha investigación al respecto de ella, su novedad radica en que contiene en su cadena una segmentación uretano que le confiere propiedades más elásticas que sus homónimas de bisfenol-A tradicionales. Cada vez más las resinas viniléster están introduciéndose en mercados donde las resinas epoxi eran las indiscutibles dueñas. El desarrollo de estas nuevas resinas de mejor tixotropía y resistencia a los agentes básicos puede ayudar a incrementar su uso en refuerzos estructurales, así como en elementos que tengan per se su naturaleza alcalina, como puede ser el hormigón. Si bien, los fabricantes de resinas no suelen dar valores de resistencia al agrietamiento interlaminar o de tenacidad a la fractura, es uno de los valores más representativos a la hora de poder evaluar la adherencia entre fibra y matriz. En el caso de fracturas en modo de cizallamiento interlaminar que es como más comúnmente pueden generar el fallo los típicos composites de matriz termoestable, existe literatura científica al respecto, pero no de esta nueva resina. El presente trabajo tiene como objetivos el caracterizar el comportamiento a fractura interlaminar por carga en Modo II de los compuestos de resina viniléster-uretano reforzada con tejido de fibra de vidrio y curados a diferentes ciclos de temperatura para optimizar el proceso productivo de fabricación del composite. Así como estudiar el efecto de la degradación por inmersión prolongada en medios químicos, con carácter básico, de este nuevo material, simulando ambientes habituales de exposición causados por el exudado de hormigón a temperatura ambiente y a alta temperatura de servicio y también embebiendo este material en hormigón autocompactante. Este trabajo nos ha permitido caracterizar y cuantificar la influencia de la etapa de curado realizada para reducir el plazo de procesado del composite, en los indicadores de resistencia y de tenacidad a la deslaminación en un material compuesto de viniléster de segmento uretano. Se ha establecido que para esta resina, entre las propiedades mecánicas estáticas, la resistencia a deslaminación por cortadura o cizalladura, ¿, es la menos sensible al proceso de curado y al tiempo de degradación. También la tasa de relajación de energía por deformación se encuentra dentro de las características menos sensibles a los envejecimientos utilizados, así como al ambiente básico del hormigón. Características muy interesantes pues las tradicionales resinas bisfenol-A son muy sensibles a la basicidad del hormigón. / [CAT] El present treball de recerca s'emmarca dins el camp dels materials compostos o compòsits de resina vinilèster i teixit d'alt gramatge (780 g / m2) de fibra de vidre E. Més concretament aquesta resina vinilèster és relativament nova i sobre la qual no hi ha molta investigació, la seva novetat radica en que conté en la seva cadena una segmentació poliuretà que li confereix propietats més elàstiques que les seves homònimes de bisfenol-a tradicionals. Cada vegada més les resines vinilèster estan introduint-se en mercats on les resines epoxi eren les indiscutibles propietàries. El desenvolupament d'aquestes noves resines de millor tixotropia i resistència als agents bàsics pot ajudar a incrementar el seu ús en reforços estructurals, així com en elements que tinguen per se naturalesa bàsica, com pot ser el formigó. Ara bé, els fabricants de resines no solen donar valors de resistència a l'esquerdament interlaminar o de tenacitat a la fractura, és un dels valors més representatius a l'hora de poder avaluar l'adherència entre fibra i matriu. En el cas de fractures en mode de cisallament interlaminar que és com més comunament poden generar la decisió els típics composites de matriu termoestable, hi ha literatura científica sobre aquest tema, però no d'aquesta nova resina. El present treball té com a objectius caracteritzar el comportament a fractura interlaminar per càrrega en mode II dels compostos de resina vinilèster-uretà reforçada amb teixit de fibra de vidre i curats a diferents cicles de temperatura per optimitzar el procés productiu de fabricació del compòsit. Així com estudiar l'efecte de la degradació per immersió prolongada en mitjans químics, amb caràcter bàsic, d'aquest nou material, simulant ambients habituals d'exposició causats pel exsudat de formigó a temperatura ambient i a alta temperatura de servei i també embevent aquest material en formigó autocompactant. Aquest treball ens ha permès caracteritzar i quantificar la influència de l'etapa de curat realitzada per reduir el termini de processament del composite, en els indicadors de resistència i de tenacitat a la deslaminació en un material compost de vinilèster de segment uretà. S'ha establert que per a aquesta resina, entre les propietats mecàniques estàtiques, la resistència a deslaminació per tall o cisallament, ¿, és la menys sensible al procés de curat i al temps de degradació. També la taxa de relaxació d'energia per deformació es troba dins de les característiques menys sensibles als envelliments utilitzats, així com l'ambient bàsic del formigó. Característiques molt interessants ja que les tradicionals resines bisfenol-A són molt sensibles a la basicitat del formigó. / [EN] This research work is part of the field of vinyl ester resin composites and composites and high grammage (780 g/m2) glass fiber E. More specifically, this vinylester resin is relatively new and there is not much research Regarding it, its novelty lies in that it contains a polyurethane segmentation in its chain that gives it more elastic properties than its traditional bisphenol-A homonymous. More and more vinylester resins are entering markets where epoxi resins were the undisputed owners. The development of these new resins of better thixotropy and resistance to basic agents can help to increase their use in structural reinforcements, as well as elements that have per-se its basic nature, such as concrete. Although, the manufacturers of resins do not usually give values of resistance to the cracking interlaminar or of tenacity to the fracture, it is one of the most representative values when it comes to being able to evaluate the adherence between the fiber and the matrix. In the case of fractures in the interlaminar shear mode, which is the most common form in which the fault can generate the typical thermostable matrix composites, there is scientific literature on this, but not this new resin. The objective of this work is to characterize the behavior to interlaminar fracture toughness in Mode II of vinyl ester-urethane resin composites reinforced with fiberglass fabric and cured at different temperature cycles to optimize the production process of manufacturing of the composite. As well as studying the effect of the degradation by prolonged immersion in chemical means, with basic character, of this new material, simulating habitual atmospheres of exposure caused by the exudate of concrete at room temperature and high temperature of service and also imbibing this material in self-compacting concrete. The present investigation has allowed us to characterize and quantify the influence of the curing stage carried out to reduce the processing time of the composite, in the indicators of resistance and tenacity to delamination in a vinyl ester compound of urethane segment. It has been established that, for this resin between the static mechanical properties: the resistance to delamination by shearing or shearing, ¿, is the least sensitive to the curing process and to the degradation time. Also, the rate of relaxation of energy by deformation is found within the characteristics less sensitive to the aging used, as well as to the basic environment of the concrete. Very interesting characteristics because the traditional bisphenol-A resins are very sensitive to the basicity of concrete. / Navarro Muedra, A. (2020). Durabilidad a fractura interlaminar de composites de viniléster-poliuretano con tejido 2d de alto gramaje en vidrio E [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/138395 / TESIS

Diploma thesis is aimed at deposition of thin films on glass fibers using plasma-enhanced chemical vapor deposition from tetravinylsilane as a monomer. Such surface modified glass fibers were used as reinforcements for fabrication of polymer composites with unsaturated polyester resin as a matrix. Chemical and optical properties of prepared thin films were characterized using infared spectroscopy and spectroscopic ellipsometry. An influence of deposited thin films on the shear strength of composite material was observed using short-beam shear test.

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