| Summary: | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico === Doutor em Engenharia Mecânica === No estado tecnológico atual, os materiais compostos são cada vez mais utilizados em produtos
de alta tecnologia, sobretudo no setor aeroespacial, em virtude de sua resistência/peso superior
às dos materiais metálicos, e em virtude de sua elevada rigidez e resistência mecânica à fadiga.
Além disso, devido ao seu melhor comportamento ao choque mecânico e à combustão química,
as estruturas em material composto oferecem uma boa condição de segurança. Estruturas
fabricadas em material composto ou metálico são submetidas a uma grande variedade de
carregamentos mecânicos ao longo de sua vida útil, que podem ser dependentes ou
independentes do tempo, quer dizer, de natureza estática ou dinâmica. Acima das condições de
serviço para as quais elas são concebidas, no domínio estático ou dinâmico, as estruturas
compostas podem desenvolver diferentes formas de dano em seus elementos constitutivos.
Nas ultimas décadas, devido a sua capacidade de absorver e dissipar sob a forma de calor uma
parte da energia de vibração dos sistemas estruturais, os materiais viscoelásticos vêm sendo
intensamente empregados para reduzir os níveis de vibração e sonoros indesejáveis no
domínio da dinâmica das estruturas. Nesta tese, estes materiais são aplicados sob a forma de
tratamento interno em estruturas compostas, que permite o aumento das deformações por
cisalhamento da camada viscoelástica e, assim, a dissipação da energia de vibração e a
diminuição do dano. Interessa-se também, neste trabalho, o estudo de um mecanismo interno
de dano ao nível da matriz polimérica no domínio dinâmico. Este mecanismo de dano é muito
comum nos materiais estratificados constituídos de fibras orientadas em uma única direção.
Nesta tese, é apresentada a modelagem por elementos finitos utilizando os elementos
retangulares Serendipity, a oito pontos nodais, de placa composta, considerando três diferentes
teorias para a aproximação do campo de deslocamento mecânico: FSDT (First-order Shear
Deformation Theory), HSDT (Higher-order Shear Deformation Theory) e Layerwise-FSDT. As
duas primeiras teorias permitem a modelagem de estruturas com multicamadas e a segunda é
formulada para uma configuração assimétrica formada por três camadas, cuja formulação é obtida pela imposição da continuidade dos deslocamentos ao longo da espessura do
estratificado. Estas teorias são implementadas em ambiente MATLAB® para a modelagem de
modelos EF de estruturas compostas de geometria simples. Para considerar a dependência no
domínio da freqüência e do tempo das propriedades dos materiais viscoelásticos, a
aproximação através do uso do Modulo Complexo é utilizada. No entanto, para levar em conta
sua dependência no domínio do tempo e da temperatura utiliza-se a aproximação através do
uso de Derivadas Fracionárias. Utiliza-se também, neste trabalho, o emprego do Modelo
Histerético Complexo (independente do tempo, da temperatura e da freqüência) para considerar
o amortecimento natural das camadas do estratificado. Além disso, esta tese propõe o uso de
uma metodologia de propagação de incertezas em estruturas compostas. Para isso, adota-se a
aproximação de Karhunen-Loève para a discretização do campo aleatório bidimensional. E,
através de diversas simulações numéricas, são ilustrados os temas abordados ao longo deste
trabalho de tese.
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