Resumo: O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos híbridos, combinando laminados poliméricos reforçados com fibras longas e placas metálicas, normalmente ligas de alumínio, denominados de CHMF, tem como uma de suas finalidades formar um conjunto de materiais que combine elevados valores de resistência mecânica, resistência ao impacto, rigidez e baixa massa específica. Essa combinação de propriedades torna os CHMF particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas e dos compósitos termorrígidos convencionais, em aplicações aeroespaciais. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os efeitos de diferentes condicionamentos ambientais (umidade e temperatura elevadas, salinidade e variações súbitas de temperatura) em CHMF dos tipos GLARE® (metal-fibra de vidro) e CARALL® (metal-fibra de carbono). Os efeitos dos condicionamentos estudados foram avaliados por ensaios de cisalhamento interlaminar (ILSS) e Iosipescu e ensaios de vibração livre. O estudo revela que a exposição a elevados ciclos de temperatura influencia significativamente as propriedades de cisalhamento dos laminados, devido, principalmente, à diferença dos coeficientes de expansão térmica entre os seus constituintes. Observa-se também que os módulos de perda e armazenamento são afetados, devido à possível formação de microtrincas na matriz polimérica e degradação da interface metal/compósito. Já a presença do baixo teor de umidade, por sua vez, não afeta de maneira significativa as propriedades de cisalhamento e viscoelásticas. Finalmente, a exposição em atmosfera salina mostrou-se o condicionamento mais agressivo, devido à formação de "pits" de corrosão nas camadas metálicas dos laminados / Abstract: The technological development of hybrid composites combining long-fiber reinforced polymeric laminates with metallic sheets, usually Al alloys, denominated FML, aims to obtain a range of materials with high mechanical strength values, stiffness and low weight. This combination of properties becomes the FML attractive as substitutes of both metal alloys and conventional thermosetting composites in aerospace applications. The objective of this work is to evaluate the effects of different environmental conditionings (high moisture and temperature, saline atmosphere and sudden changing of temperature) in GLARE® (glass fiber-metal laminates) and CARALL® (carbon fibermetal laminates) FML samples. Interlaminar and Iosipescu shear and free vibration tests were used to evaluate the studied environmental conditioning effects. The study shows that the exposure to high temperature cycles influences significantly the shear properties of the laminates, mainly due to the thermal expansion coefficient differences of their constituents. It is also observed that the loss and storage modules are affected due to the possible formation of microcracks in the polymer matrix and also the metal/composite interface degradation. In the other side, the presence of low moisture content does not affect so significantly the shear and viscoelastic properties. Finally, the saline atmosphere exposure showed the most aggressive conditioning, due to the formation of corrosion pits on the metal layers of the laminate / Orientador: Edson Cocchieri Botelho / Coorientador: Mirabel Cerqueira Rezende / Banca: Michelle Leali Costa / Banca: José Ricardo Tarpani / Mestre

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T09:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_OdairPastor_M.pdf: 5344705 bytes, checksum: 94ff3fe5a04b5adcc4eddeea86d166dd (MD5) Previous issue date: 2001 / Mestrado

Orientador: Oswaldo Luiz Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-28T09:53:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Romano_Ricardo_M.pdf: 7540924 bytes, checksum: 4279e918f76fdfcc7bfa976b7809d7d1 (MD5) Previous issue date: 2001 / Mestrado

Orientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Banca: Rafael Humberto Mota de Siqueira / Resumo: Os fabricantes de latas vêm se tornando cada vez mais exigentes na qualidade e propriedades dos materiais utilizados na confecção de seus produtos. Um dos metais mais usados na indústria de manufatura de componentes obtidos através de estampagem e estiramento, como na fabricação de corpo de latas de bebidas, trata-se da liga de Alumínio AA3104. Isto se deve às suas propriedades mecânicas, estampabilidade, entre outra. Ela pertence ao grupo 3XXX, sendo que seu principal elemento de liga é o manganês (em pequenas quantidades / teores). Trata-se de uma liga não tratável termicamente, sendo que suas propriedades mecânicas são melhoradas a partir da formação de solução sólida e / ou deformação à frio. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar de maneira detalhada a influência de duas diferentes condições de laminação à frio sobre o comportamento mecânico e microestrutural da liga de Alumínio AA3104: laminação à frio com tempo de resfriamento intermediário e sem tempo de resfriamento intermediário entre passes. A análise mecânica, por meio do Ensaio de Tração, mostrou que os materiais laminados com tempo de resfriamento intermediário obtiveram maiores valores de Limite de Escoamento (283,1 MPa) e Limite de Resistência a Tração (309,3 MPa) do que aqueles materiais laminados sem este tempo de resfriamento intermediário (273,2 e 300,0 MPa, respectivamente). Isto foi justificado pelo aumento da quantidade de partículas de segunda fase precipitados na matriz da liga, que... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The manufacturers of cans have become increasingly demanding in quality and in the properties of the materials used to make their products. One of the most used metals in the manufacturing industry of components obtained by stamping, as in the manufacture of beverage cans body, is the AA3104 Alloy. This is due to its mechanical properties, stampatability, among others. It belongs to the 3XXX group, and its main alloying element is manganese (in small amounts / contents). It is an alloy not thermally treatable, where its mechanical properties are improved from the formation of solid solution and / or cold forming. Therefore, the present study had as objective to evaluate in detail the influence of two different conditions of cold rolling on the mechanical and microstructural behavior of the aluminum alloy AA3104: cold rolling with intermediate cooling time and without intermediate cooling time between passes. The mechanical analysis, through the Tensile Test, showed that rolled materials with intermediate cooling time obtained higher values of Yield Strength (283,1 MPa) and Ultimate Tensile Strength (309,3 MPa) than those laminated materials without this intermediate cooling time (273,2 and 300,0 MPa, respectively). This was justified by the increase in the amount of second phase particles and precipitated dispersions in the alloy matrix, which made difficult the movement of dislocations, making the material more resistant / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-11Bitstream added on 2014-06-13T18:55:36Z : No. of bitstreams: 1 damato_ca_me_guara.pdf: 5189731 bytes, checksum: 7cf7374eb00bfc3261138978aa82aad6 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O desenvolvimento da tecnologia dos compósitos híbridos, combinando laminados poliméricos reforçados com fibras longas e placas metálicas, normalmente ligas de alumínio, denominados de CHMF, tem como uma de suas finalidades formar um conjunto de materiais que combine elevados valores de resistência mecânica, resistência ao impacto, rigidez e baixa massa específica. Essa combinação de propriedades torna os CHMF particularmente atrativos como substituintes das ligas metálicas e dos compósitos termorrígidos convencionais, em aplicações aeroespaciais. O objetivo deste trabalho de pesquisa é avaliar os efeitos de diferentes condicionamentos ambientais (umidade e temperatura elevadas, salinidade e variações súbitas de temperatura) em CHMF dos tipos GLARE® (metal-fibra de vidro) e CARALL® (metal-fibra de carbono). Os efeitos dos condicionamentos estudados foram avaliados por ensaios de cisalhamento interlaminar (ILSS) e Iosipescu e ensaios de vibração livre. O estudo revela que a exposição a elevados ciclos de temperatura influencia significativamente as propriedades de cisalhamento dos laminados, devido, principalmente, à diferença dos coeficientes de expansão térmica entre os seus constituintes. Observa-se também que os módulos de perda e armazenamento são afetados, devido à possível formação de microtrincas na matriz polimérica e degradação da interface metal/compósito. Já a presença do baixo teor de umidade, por sua vez, não afeta de maneira significativa as propriedades de cisalhamento e viscoelásticas. Finalmente, a exposição em atmosfera salina mostrou-se o condicionamento mais agressivo, devido à formação de “pits” de corrosão nas camadas metálicas dos laminados / The technological development of hybrid composites combining long-fiber reinforced polymeric laminates with metallic sheets, usually Al alloys, denominated FML, aims to obtain a range of materials with high mechanical strength values, stiffness and low weight. This combination of properties becomes the FML attractive as substitutes of both metal alloys and conventional thermosetting composites in aerospace applications. The objective of this work is to evaluate the effects of different environmental conditionings (high moisture and temperature, saline atmosphere and sudden changing of temperature) in GLARE® (glass fiber-metal laminates) and CARALL® (carbon fibermetal laminates) FML samples. Interlaminar and Iosipescu shear and free vibration tests were used to evaluate the studied environmental conditioning effects. The study shows that the exposure to high temperature cycles influences significantly the shear properties of the laminates, mainly due to the thermal expansion coefficient differences of their constituents. It is also observed that the loss and storage modules are affected due to the possible formation of microcracks in the polymer matrix and also the metal/composite interface degradation. In the other side, the presence of low moisture content does not affect so significantly the shear and viscoelastic properties. Finally, the saline atmosphere exposure showed the most aggressive conditioning, due to the formation of corrosion pits on the metal layers of the laminate

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-17T08:52:05Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:03:44Z : No. of bitstreams: 1 138954.pdf: 12919336 bytes, checksum: d41e8e27d5be954a70cc0ce168a721dc (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T01:26:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257313.pdf: 1568932 bytes, checksum: 75d44f777eaf45be4eb33927473cc100 (MD5) / O objetivo deste trabalho é desenvolver um programa de análise de placas de materiais compostos laminados usando o Método de Galerkin livre de elementos sem o problema de travamento ao cisalhamento (shear locking), como acontece no Método de Elementos Finitos. Este resultado é obtido através da melhoria das funções de interpolação, não sendo necessários artifícios como a integração numérica seletiva reduzida. O Método de Galerkin livre de elementos pertence à classe dos métodos sem malha, que se caracteriza pelas funções de forma de suporte compacto, fraca dependência dos pontos de aproximação e pela pouca dependência da malha de integração utilizada. Foi adotada a teoria de primeira ordem para laminados, o que equivale à teoria de placa de Mindlin, por ser sensível ao problema de travamento em placas de pequena espessura. A condição de contorno essencial foi imposta através do Método da Penalidade Exterior. Diversos testes foram realizados para determinar os melhores parâmetros do método, como a escolha da função peso, o domínio de influência e a densidade de partículas. Por fim, a ausência do fenômeno de travamento ao cisalhamento é confirmada comparando os resultados obtidos pelo método de Galerkin livre de elementos com outros métodos numéricos, com o método de elementos finitos e com soluções analíticas.

ROCHA, I. B. C. M. Análise e otimização de cascas laminadas considerando não linearidade geométrica e falha progressiva. 2013. 159 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2014-04-04T14:43:28Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_ibcmrocha.pdf: 4858465 bytes, checksum: c7eb941be9c60f84884c0f558dbf9ffd (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2014-05-07T19:22:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_ibcmrocha.pdf: 4858465 bytes, checksum: c7eb941be9c60f84884c0f558dbf9ffd (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-07T19:22:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_ibcmrocha.pdf: 4858465 bytes, checksum: c7eb941be9c60f84884c0f558dbf9ffd (MD5) Previous issue date: 2013-05-29 / Composite materials are being extensively studied, as their use allows the design of structures that are lighter and stronger than their metal counterparts and feature good thermal insulation and fatigue resistance. Fiber Reinforced Composites (FRC), the focus of the present work, consist in stacking multiple laminae, each one consisting of unidirectional fibers embedded in a polymeric matrix. Laminated shells are used in many industrial applications, such as modern aircraft fuselages and wing systems, offshore structures, among others. Due to the many variables involved in the design of such structures, such as the number of layers (plies) and the mate- rial, thickness and fiber orientation of each layer, the traditional trial-and-error design procedure becomes arduous, which leads to the use of optimization techniques. In the structural analysis of laminated shells, numerical methods are commonly used, particularly the Finite Element Method (FEM), which is capable of modeling complex geometries, loads and boundary conditions. In order to determine the final load-carrying capacity of such shells, it is necessary to take into account not only the presence of large displacements (geometric non-linearity) but also its failure behavior (material non-linearity). In the present work, the geometric non-linearity was introduced by using the Total Lagrangian approach in a shallow shell finite element based on Marguerre’s Shell Theory. The element was implemented in an academic finite element software and multiple benchmark numerical examples were treated. The obtained results showed that the element is efficient when dealing with shells with small initial curvatures and moderately large displacements and rotations. The material non-linearity was considered by using progressive failure models, with the instantaneous degradation of the mechanical properties of layers that fail during the analysis. Three distinct progressive failure methods were formulated and implemented and the numerical examples yielded promissing results, with the correct determination of the ultimate failure load of laminates subjected to in-plane and bending loads, which were in good agreement with experimental and numerical results from the literature. The structural performance evaluated through the analysis procedure was then used in an optimization model in order to find the optimum stacking sequence for a given applied load. Here, a novel Genetic Algorithm with a hybrid computational parallelization scheme was proposed. The algorithm is based on the island model and can be executed in both clusters and personal computers alike. The algorithm was implemented and combined with the analysis procedures in the optimization of laminated shells considering both linear and non-linear analysis. In the linear examples, the algorithm was verified and the efficiency and execution time gains due to the parallel implementation were measured. The results show that the parallel algorithm not only runs faster than a sequential one, but also provides better results. In the non-linear examples, significant lighter and more efficient designs were obtained due to the consideration of the two types of non-linearities. / Materiais compósitos vêm sendo extensamente estudados, pois seu uso permite a obtenção de estruturas leves e resistentes, com bom isolamento térmico e boa resistência a fadiga. Compósitos laminados, foco do presente trabalho, são compostos pelo empilhamento de um conjunto de lâminas, cada uma composta de fibras unidirecionais imersas em uma matriz polimérica. Cascas laminadas são utilizadas em muitas situações práticas de interesse, como fuselagens de aeronaves, estruturas marítimas, dentre outras. Devido ao elevado número de variáveis envolvidas no projeto de cascas laminadas, métodos de otimização devem ser utilizados em seu projeto. Na análise estrutural de tais cascas, devido ao seu complexo comportamento mecânico, métodos numéricos, como o Método dos Elementos Finitos (MEF), são utilizados. De modo a determinar a capacidade última de carga em cascas laminadas, é necessário considerar tanto a presença de grandes deslocamentos (não-linearidade geométrica) quanto o comportamento não- linear do material (não-linearidade física). No presente trabalho, a não-linearidade geométrica foi introduzida utilizando a formulação Lagrangiana Total aplicada a um elemento de casca abatida baseado na Teoria de Marguerre. O elemento foi implementado em um programa de código-aberto e vários exemplos com resposta analítica e numérica presentes na literatura foram tratados. Os resultados obtidos indicaram que o elemento é muito eficiente no tratamento de cascas com pequenas curvaturas iniciais sujeitas a deslocamentos moderadamente grandes. Já a não-linearidade física foi considerada por meio de modelos de falha progressiva, com a diminuição instantânea das propriedades mecânicas das lâminas que falham ao longo da análise. Três métodos de falha progressiva distintos foram formulados e implementados em conjunto com a formulação de análise pelo MEF. Os resultados se mostraram promissores, com a correta obtenção das cargas de falha em laminados tanto submetidos a esforços axiais como de flexão, mostrando concordância tanto com resultados numéricos da literatura quanto com resultados experimentais. O desempenho mecânico da estrutura foi então utilizado em um modelo de otimização com o objetivo de encontrar um esquema de laminação ótimo. Neste trabalho, propõe-se um Algoritmo Genético com um esquema híbrido de computação paralela para a otimização de laminados. Tal algoritmo utiliza uma configuração em ilhas e pode ser executado tanto em clusters quanto em computadores pessoais. Além disso, o algoritmo possui operadores específicos para a troca, adição e eliminação de camadas em laminados. As metodologias implementadas foram combinadas na otimização de placas e cascas laminadas tanto utilizando análise linear quanto não-linear. Nos exemplos lineares, o algoritmo foi verificado e os ganhos em eficiência e tempo de execução devidos à paralelização do algoritmo foram estudados. Mostrou-se que o algoritmo paralelo não é somente mais rápido que o sequencial, mas também produz melhores resultados. Já nos exemplos não-lineares, foram obtidos projetos significativamente mais eficientes que aqueles obtidos utilizando análise linear.

DANTAS JÚNIOR, E. M. Análise não linear de compósitos laminados utilizando o método dos elementos finitos. 2014. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T18:22:16Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T18:24:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T18:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Composite materials has been widely studied thought the years because of it benefits compared to metals (elevated resistance/weight ratio, good thermal isolation and good fatigue resistance). Laminate composites are the focus of this work. Produced by stacked layers of fibers embed- ded on polymeric matrices, structures of composite materials presents material and geometrical non-linear behavior. Because of it elevated resistance, composite materials allow designers to create very slender structures which might present large displacements and stability problems. Additionally, considering material non-linearity is also important for collapse simulation of la- minated structures. One of the most important failure modes on laminated structures is delami- nation. Delamination is the detachment of adjacent layers. On laminated structures simulation, the Finite Element Method is one of the most used analysis tool. It is a robust, precise and relative simple operating tool. Intending analyzing non-linear behavior of laminated structures subjected to large displacements, was developed on this work a laminated solid finite element formulation based on Full Lagrangian formulation. Simulation of delamination beginning and propagation was developed on this work using Cohesive Zone models. To achieve this goal, an isoparametric formulation of interface finite elements without thickness and many constitutive models to represent the relation tension × displacement jump (relative displacement between crack faces) were developed. These models consider pure mode I and mixed mode. The formu- lations developed on this work were implemented on the open source finite element code FAST using Oriented Object Programing philosophy. These implementations are presented on UML conventions. Many examples were tested for verifying and validating all the implementations. Excellent results were obtained using laminated solid elements on the analysis of a shell struc- ture, even using meshes with only one element though thickness. On the delamination analysis, was verified that Cohesive Zone Models are very sensible related to the parameters used on the analysis, mainly tension × displacement jump model, size of elements and numerical integra- tion. Spite of it, using Newton-Cotes integration and interface elements of appropriate size, good agreements were obtained compared with theoretical results obtained on literature. In general, was observed that cohesive exponential model presents greater robustness and compu- tational efficiency than bilinear model / Materiais compósitos vem sendo amplamente estudados devido aos seus inúmeros benefícios em relação aos materiais metálicos, principalmente a elevada razão resistência/peso, bom iso-lamento térmico e boa resistência à fadiga. Compósitos laminados, foco do presente trabalho, são produzidos pelo empilhamento de um conjunto delâminas, cada uma composta de fibras unidirecionais ou bidirecionais imersas em uma matriz polimérica. As estruturas de materiais compósitos apresentam comportamento não linear, tanto físico quanto geométrico. Devido à elevada resistência, estruturas de material compósito tendem a ser bastante esbeltas, podendo apresentar grandes deslocamentos e problemas de estabilidade. Adicionalmente, a consideração da não linearidade física também é importante para a simulação de falha de estruturas laminadas. Um dos modos de falha mais importantes destas estruturas é a delaminação, que consiste no descolamento de duas lâminas adjacentes. No projeto de estruturas laminadas, o Método dos Elementos Finitos é a ferramenta de análise mais utilizada devido a sua robustez, precisão e relativa simplicidade. Afim de permitir a análise não linear de estruturas laminadas submetidas a grandes deslocamentos, foi desenvolvida neste trabalho uma formulação de elementos finitos sólidos laminados baseados na abordagem Lagrangiana Total. A simulação do início e propagação da delaminação foi realizada neste trabalho utilizando Modelos de Zona Coesiva. Para este fim, foi desenvolvida uma formulação de elementos isoparamétricos de interface com espessura nula e utilizados diferentes modelos constitutivos para representar a relação entre as tensões e os deslocamentos relativos das faces da trinca coesiva, incluindo tanto o caso de modo I puro quanto de modo misto. As formulações desenvolvidas neste trabalho foram implementadas no software de código aberto FAST utilizando afilosofiade Programação Orientada a Objetos. Estas implementações são apresentadas utilizando as convenções da UML. Vários exemplos foram utilizados para verificar e validar as implementações realizadas. Excelentes resultados foram obtidos utilizando elementos sólidos laminados na análise de estruturas de casca, mesmo empregando malhas com apenas um elemento sólido na espessura. No que diz respeito à delaminação, verificou-se que o uso de Modelos de Zona Coesiva requer muito cuidado na escolha dos parâmetros utilizados na análise, principalmente no que diz respeito à relação tensão-deslocamento relativo, tamanho dos elementos e método de integração numérica. Contudo, utilizando-se a integração de Newton-Cotes e elementos de interface de tamanho adequado, obteve-se uma concordância muito boa com resultados teóricos e experimentais disponíveis na literatura. De forma geral,verificou-se que o modelo coesivo exponencial apresenta maior robustez e eficiência computacional que o modelo bilinear

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-20T22:28:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 224664.pdf: 4572669 bytes, checksum: 09376734f9cc45ba03dd861d2d66e912 (MD5)