[pt] O emprego de materiais compósitos em estruturas tem ganhado
importância na prática da engenharia devido às suas
características de alta
resistência mecânica, baixa densidade e boa estabilidade a
efeitos térmicos.
Uma das classes de compósitos, a de laminados fibrosos,
pode ser utilizada em
tubulações sujeitas às diversas formas de carregamentos,
como pressão interna
e/ou externa, tração longitudinal, torção, temperatura,
etc. O presente Trabalho
tem por objetivo propor, implementar e testar a formulação
de um modelo de
elemento finito axissimétrico, para a representação do
comportamento de um
tubo laminado por camadas de materiais compósitos
fibrosos. A modelagem
consiste em representar a seção geratriz de um tubo
cilíndrico por um elemento
quadrilateral de quatro nós, com três graus de liberdade
por nó, com os
deslocamentos nodais tomados em relação aos eixos de um
sistema cilíndrico
de coordenadas. Considera-se a perfeita adesão das
camadas, garantindo a
continuidade do campo de deslocamentos. Modelos
constitutivos de materiais
com o comportamento ortotrópico e/ou o transversalmente
isotrópico foram
implementados, obtendo-se respostas para os campos de
deslocamentos, de
deformações e de tensões atuantes. Na validação do modelo
numérico,
considerou-se a comparação de seus resultados com os de
soluções analíticas,
disponíveis na literatura, e aqueles fornecidos por um
programa comercial de
elementos finitos, empregando o modelo com elementos
sólidos. Foram
propostos, para os testes em ambos os casos, exemplos de
laminados com uma
a quatro camadas, com fibras orientadas em diferentes
ângulos. Destas
comparações, verifica-se uma boa convergência das soluções
numéricas obtidas
com o presente modelo, representativo das principais
características cinemáticas
da classe de problemas representada. / [en] The use of composite materials in structures has grown in
the engineering
practice due to its characteristics, of high strength, low
density and a good
stability to thermal effects. A class of composites, the
fibrous laminates, is
generally used in tubes subjected to many types of
loadings as internal and/or
external pressure, traction, torsion, temperatures, etc.
This work has the
objectives to propose, implement and test an axisymmetric
finite element model
formulation that represents the mechanical behavior of a
fibrous laminated
composite tube. Modeling consists in representing the
cylindrical tube generating
section by a quadrilateral element with four nodes and
three degrees-of-freedom
per node, with three nodal displacements defined in a
cylindrical coordinate
system. Layers are considered perfectly bonded together,
assuring continuity
between elements on the displacement fields. Orthotropic
and/or transverse
isotropic constitutive material models were implemented,
allowing solutions for
displacement, strain and stress fields. In the element
numerical model validation,
result comparisons with those from analytical solutions
available on literature and
those from the use of layered solid elements in a
commercial finite element
program were considered. Some examples, considering one to
four layers, with
different fiber angles, were proposed for model testing.
It is noted a good
numerical convergence for the presenting model solutions
which represent the
main kinematic characteristics for this class of problems.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:9239 |
| Date | 06 November 2006 |
| Creators | GUILHERME PINTO GUIMARAES |
| Contributors | CARLOS ALBERTO DE ALMEIDA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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