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Modelagem númerica de aumento de tenacidade a fratura de materiais de base frágil reforçados por fibras
| Summary: | Materiais cerâmicos avançadas são de grande interesse tecnológico devido suas intrínsecas propriedades mecânicas e físicas como baixa densidade, alta resistência à corrosão e à abrasão, baixa condutividade térmica, resistência a altas temperaturas, ao desgaste e a compressão. Contudo, a maior restrição na aplicação de sistemas estruturais cerâmicos, ou materiais com predominância de ligações de natureza iônica, decorre da elevada fragilidade de suas matrizes. Uma completa caracterização do comportamento de compósitos de alto desempenho, produzidos pela adição de fibras, exige a determinação da relação entre aproximadamente treze parâmetros (dentre os principais destacam-se os dimensionais, de resistência, módulo de elasticidade, percentagem volumétrica das fibras, módulo de elasticidade das fibras, resistência à fratura e coeficiente de atrito na interface fibra/matriz), a interação de tantos fatores torna os métodos experimentais altamente dispendiosos quanto ao custo e tempo de execução. Portanto, a modelagem matemática e simulação numérica são imprescindíveis no projeto destes materiais. Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico abrangente para análise do compósito de concreto reforçado por fibras, utilizando o software ANSYS que tem como base o método de elementos finitos. O modelo teórico-constitutivo proposto para o concreto é um modelo baseado nas teorias da mecânica da elasticidade e mecânica da fratura com o objetivo de dar um tratamento numérico-computacional mais adequado para estimação do aumento da tenacidade em materiais compósitos quando reforçados com fibras. A linguagem ANSYS Parametric Design Language (APDL) será adotada com o objetivo de criar o modelo geométrico e otimizar o processo. As comparações dos resultados obtidos pelo modelo proposto neste trabalho com os dados experimentais e resultados encontrados em outros modelos na literatura mostram a importância em se considerar o efeito spalling, módulo de elasticidade da fibra, os processos de descolagem da interface fibra/matriz e pull-out da fibra da matriz, etc. Os resultados obtidos confirmam que há uma combinação ótima de parâmetros que podem aumentar significativamente o aumento da tenacidade a fratura do compósito. |
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| Main Authors: | Friedrich, Leandro Ferreira |
| Subject: | CNPQ::ENGENHARIAS Mechanical engineering Materials technology Finite element method Composite materials Engenharia mecânica Tecnologia dos materiais Método dos elementos finitos Materiais compósitos |
| Year: | 2017 |
| Country: | Brazil |
| Document type: | bachelor thesis |
| Access type: | unknown |
| Associated institution: | IBICT |
| Language: | Portuguese |
| Origin: | Oasisbr |
| Summary: | Materiais cerâmicos avançadas são de grande interesse tecnológico devido suas intrínsecas propriedades mecânicas e físicas como baixa densidade, alta resistência à corrosão e à abrasão, baixa condutividade térmica, resistência a altas temperaturas, ao desgaste e a compressão. Contudo, a maior restrição na aplicação de sistemas estruturais cerâmicos, ou materiais com predominância de ligações de natureza iônica, decorre da elevada fragilidade de suas matrizes. Uma completa caracterização do comportamento de compósitos de alto desempenho, produzidos pela adição de fibras, exige a determinação da relação entre aproximadamente treze parâmetros (dentre os principais destacam-se os dimensionais, de resistência, módulo de elasticidade, percentagem volumétrica das fibras, módulo de elasticidade das fibras, resistência à fratura e coeficiente de atrito na interface fibra/matriz), a interação de tantos fatores torna os métodos experimentais altamente dispendiosos quanto ao custo e tempo de execução. Portanto, a modelagem matemática e simulação numérica são imprescindíveis no projeto destes materiais. Neste trabalho apresenta-se um modelo numérico abrangente para análise do compósito de concreto reforçado por fibras, utilizando o software ANSYS que tem como base o método de elementos finitos. O modelo teórico-constitutivo proposto para o concreto é um modelo baseado nas teorias da mecânica da elasticidade e mecânica da fratura com o objetivo de dar um tratamento numérico-computacional mais adequado para estimação do aumento da tenacidade em materiais compósitos quando reforçados com fibras. A linguagem ANSYS Parametric Design Language (APDL) será adotada com o objetivo de criar o modelo geométrico e otimizar o processo. As comparações dos resultados obtidos pelo modelo proposto neste trabalho com os dados experimentais e resultados encontrados em outros modelos na literatura mostram a importância em se considerar o efeito spalling, módulo de elasticidade da fibra, os processos de descolagem da interface fibra/matriz e pull-out da fibra da matriz, etc. Os resultados obtidos confirmam que há uma combinação ótima de parâmetros que podem aumentar significativamente o aumento da tenacidade a fratura do compósito. |
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