[pt] Esta tese tem como objetivo analisar o comportamento
estático não-linear e possíveis instabilidades de membranas
e cascas hiperelásticas. Uma análise experimental detalhada
de membranas e cascas com diferentes geometrias e
submetidas à tração axial e pressão interna uniforme é
realizada. Um aparato foi desenvolvido para possibilitar a
tração da estrutura enquanto a mesma era preenchida por ar.
As cascas e membranas utilizadas na análise experimental são
compostas por elastômero isotrópico, homogêneo e
hiperelástico, o qual é modelado como um material Neo-
Hookeano incompressível, descrito por uma única constante
elástica, ou por material do tipo Mooney-Rivlin ou Ogden,
descritos por duas constantes elásticas. Estas constantes
são obtidas pela comparação de resultados experimentais e
numéricos para a estrutura sob tração axial uniforme. A
estrutura foi discretizada utilizando-se elementos finitos
de casca ou membrana mais apropriados e as equações de
equilíbrio não-lineares resultantes resolvidas usando-se o
programa de elementos finitos ABAQUS. Quando a estrutura
tracionada é preenchida com ar observa-se que a pressão
inicialmente cresce juntamente com o volume interno até um
certo valor crítico. Após atingir este valor crítico um
bulbo de deformação é formado subitamente num local ao
longo do comprimento da estrutura e a pressão interna
decresce subitamente, entretanto o volume interno da
estrutura continua a crescer. Os resultados experimentais
aproximam-se de maneira satisfatória aos resultados
numéricos. Uma análise paramétrica detalhada é desenvolvida
para estudar a influencia da tração inicial bem como dos
parâmetros geométricos no comportamento não-linear e na
capacidade de carga da estrutura. A influencia de
diferentes tipos de imperfeições locais também é
detalhadamente analisada. / [en] This thesis investigates the large deformations of
hyperelastic membranes and shells. The static nonlinear
behavior and possible instabilities of the membrane are
both analyzed. A detailed experimental analysis was carried
out involving cylindrical membranes and shells with
different geometries and initial axial forces and the
influence of the axial force and the internal pressure were
investigated. An apparatus was developed to support
vertically the extended structure while it is filled with
air. The membranes and shells used in the experiments are
composed of an isotropic, homogeneous and hyperelastic
rubber, which is modeled as a Neo-Hookean incompressible
material, described by a single elastic constant, or a
Mooney-Rivlin or Ogden material, described by two elastic
constants. Theses constants were obtained by comparing the
experimental and numerical solutions for the structure
under traction. The structure was discretized using
appropriate membrane or shell finite elements and the
resulting nonlinear equilibrium equations solved using the
FE software ABAQUS. When the extended structure was filled
with air, it was observed that the pressure increased
initially as the volume increased until a certain critical
value was reached, after which a bubble was suddenly formed
along the structure and the internal pressure decreased
markedly with increasing volume. The experimental results
are, as shown in the thesis, in satisfactory agreement with
the theory. A detailed parametric analysis was also carried
out to study the influence of the initial traction and
geometric parameters on the non-linear behavior and load
carrying capacity of the structure. The influence of
different types of local imperfections was also studied in
detail.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:4414 |
| Date | 21 January 2004 |
| Creators | STEFANE RODRIGUES XAVIER LOPES |
| Contributors | PAULO BATISTA GONCALVES |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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