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Resumo(s)
Abstract
Considering the continuous increase in the use of lightweight, biological, and renewable materials across all industries, cork—being a material that meets all these requirements while also offering exceptional mechanical characteristics such as high resistance to compression as well as to tension—generates significant interest for testing and studying its behavior in engineering applications. Thus, this study aims to carry out an experimental and numerical investigation of composite sandwich beams using cork agglomerate as the core, compare the results with previous studies and with other materials widely used today, and discuss their feasibility and limitations in potential applications. Several specimens were used, distributed into three types: T1, T2, and T3. The specimens are made of laminated composite, using epoxy resin and glass fiber fabric for the skins, and a cork agglomerate core. The different beam types also present different configurations of skin and core thicknesses and include fiber layers in the core region as well. Three-point bending tests were performed according to ASTM C393 to study their mechanical behavior, calculate their flexural stiffness, shear strength, and other relevant properties such as bending stress in the skins, critical shear stress of the core, and the shear stiffness of the sandwich structure. A numerical study based on finite element analysis of a 2D model developed in Ansys software was conducted to simulate the behavior of the specimens in the linear elastic regime and to verify the experimental results. The numerical results deviate from the experimental ones with respect to the deformed shape; however, there is a reasonable correlation in terms of the force–displacement curve in the linear elastic regime.
Considerando o contínuo aumento da utilização de materiais leves, biológicos e renováveis em todas as indústrias, a cortiça sendo um material que cumpre todos esses requisitos, mas que também oferece características mecânicas excecionais como a elevada resistência à compressão, mas também à tração, gera um enorme interesse para se testar e estudar o seu comportamento em aplicações de engenharia. Assim, este estudo tem como objetivo realizar um estudo experimental e numérico de vigas sandwich compósitas utilizando aglomerado de cortiça como núcleo, comparar os resultados com estudos anteriores e com outros materiais muito utilizados atualmente para discutir a sua viabilidade e limitações nas suas potenciais aplicações. Foram utilizados vários provetes distribuídos em três tipos: T1, T2 e T3. Os provetes são feitos de compósito laminado usando resina epoxídica e tecido de fibra de vidro, nas peles, e núcleo de aglomerado de cortiça. Os diferentes tipos de viga apresentam também diferentes configurações de espessura das camadas nas peles e núcleos, tendo também camadas de fibra na zona do núcleo. Realizaram-se ensaios de flexão em três-pontos de acordo com a norma ASTM C393 para estudar o seu comportamento mecânico, calcular a sua rigidez à flexão, resistência ao corte e outras propriedades relevantes como a tensão de flexão nas peles, tensão critica ao corte do núcleo e a rigidez ao corte da sandwich. Um estudo numérico com base na análise de elementos finitos de um modelo 2D desenvolvido no software Ansys, foi feito para simular o comportamento dos provetes no regime linear elástico e verificar o resultado experimental. Os resultados numéricos afastam-se dos experimentais no que concerne à deformada, mas há uma correlação razoável em termos de gráfico de força-deslocamento no regime linear elástico.
Considerando o contínuo aumento da utilização de materiais leves, biológicos e renováveis em todas as indústrias, a cortiça sendo um material que cumpre todos esses requisitos, mas que também oferece características mecânicas excecionais como a elevada resistência à compressão, mas também à tração, gera um enorme interesse para se testar e estudar o seu comportamento em aplicações de engenharia. Assim, este estudo tem como objetivo realizar um estudo experimental e numérico de vigas sandwich compósitas utilizando aglomerado de cortiça como núcleo, comparar os resultados com estudos anteriores e com outros materiais muito utilizados atualmente para discutir a sua viabilidade e limitações nas suas potenciais aplicações. Foram utilizados vários provetes distribuídos em três tipos: T1, T2 e T3. Os provetes são feitos de compósito laminado usando resina epoxídica e tecido de fibra de vidro, nas peles, e núcleo de aglomerado de cortiça. Os diferentes tipos de viga apresentam também diferentes configurações de espessura das camadas nas peles e núcleos, tendo também camadas de fibra na zona do núcleo. Realizaram-se ensaios de flexão em três-pontos de acordo com a norma ASTM C393 para estudar o seu comportamento mecânico, calcular a sua rigidez à flexão, resistência ao corte e outras propriedades relevantes como a tensão de flexão nas peles, tensão critica ao corte do núcleo e a rigidez ao corte da sandwich. Um estudo numérico com base na análise de elementos finitos de um modelo 2D desenvolvido no software Ansys, foi feito para simular o comportamento dos provetes no regime linear elástico e verificar o resultado experimental. Os resultados numéricos afastam-se dos experimentais no que concerne à deformada, mas há uma correlação razoável em termos de gráfico de força-deslocamento no regime linear elástico.
Descrição
Palavras-chave
Composite sandwich beams Reinforced cork Experimental analysis Finite element analysis Flexural stiffness Shear strength Aglomerado de cortiça Vigas sanduiche compósitas Análise por elementos finitos Rigidez à flexão Resistência ao corte