| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 20.69 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Composite materials have played an important role in many applications from different fields
in engineering practice. Due to their mechanical properties and the possibility of being designed
for a specific purpose, layered beams, in particular, have been of enormous interest for several
decades. The use of this type of materials is becoming more frequent. The fact that they present
optimized mechanical properties from the combination of different materials is the key factor that
justifies the demand for the most varied industries. Due to this demand, it is convenient that in
the design process, the parameters are evaluated to obtain capable structures according to their
purpose. Thus, it is useful to investigate both experimental and numerical mechanical behaviour
of the layer set, considering the layers interaction, their geometry and their mechanical properties.
Among the several methods to perform this type of evaluation, the bending test is widely used in
most cases.
The aim of this work is to study experimentally and numerically the mechanical behaviour of
laminated beams composed by two-layers connected by an adhesive. Three different material
configurations (steel-aluminium, steel-polymer and aluminium-polymer) and two adhesives of
different nature were considered for evaluation. Different layer thicknesses were presented
according to the considered material. Results were generated from two different analysis
methods. Firstly by a numerical approach, namely by an available equilibrium FEM model.
Secondly, a three-point bending test was performed to obtain the experimental results.
The concerned equilibrium FEM numerical model is based on Timoshenko’s assumptions or
First-order Shear Deformation Theory (FSDT), so the shear effect in the interlayer slip is taken into
account. All the manipulation and analysis made to laminated composite beams will be considered
within the linear elastic regime. The results show, on the one hand, the ability of the numerical
model predict with some accuracy the mechanical behaviour of laminated composite beams. On
the other hand, the origin of more relevant errors in the case of epoxy bonded beams, due to the
impossibility to evaluate the mechanical parameters of the adhesive assumed by the model.
Os materiais compósitos têm desempenhado um papel importante em muitas aplicações de diferentes áreas na prática de engenharia. Devido às suas propriedades mecânicas e à possibilidade de serem projetadas para uma finalidade específica, as vigas laminadas em particular são de enorme interesse há várias décadas. O uso deste tipo de materiais é cada vez mais frequente. O facto de apresentarem propriedades mecânicas optimizadas provenientes da combinação de diferentes materiais é o factor-chave que justifica a procura existente pelas mais variadas indústrias. Devido a esta procura é conveniente que na fase de projeto sejam avaliados parâmetros mecânicos, de maneira a obter estruturas capazes consoante a sua finalidade. Desta forma, torna-se útil a investigação tanto experimental como numérica do comportamento mecânico do conjunto de camadas, tendo em consideração a interação das camadas, a sua geometria e as suas propriedades mecânicas. De entre os vários processos para efetuar a análise experimental, o ensaio de flexão é amplamente utilizado na maioria dos casos. O objetivo deste trabalho é estudar experimentalmente e numericamente o comportamento mecânico de vigas laminadas compósitas ligadas por um adesivo. Três configurações distintas de materiais (aço-alumínio, aço-polímero e alumínio-polímero) e dois adesivos de natureza diferente foram considerados para avaliação. Diferentes espessuras de camadas foram apresentadas de acordo com o material considerado. Os resultados foram gerados a partir de dois métodos de análise diferentes. Em primeiro lugar por uma abordagem numérica, nomeadamente por um modelo de equilíbrio FEM disponível. Em segundo lugar, realizou-se um ensaio de flexão de três pontos para a obtenção dos resultados experimentais. O modelo numérico de equilíbrio FEM em questão é baseado nas considerações de Timoshenko ou Teoria da Deformação de Corte de Primeira-ordem (FSDT), de maneira que o efeito de corte entre camadas seja levado em consideração. Toda a manipulação e análise feitas nas vigas laminadas compósitas serão consideradas dentro do regime linear elástico. Os resultados mostram, por um lado, a capacidade do modelo numérico conseguir prever, com algum rigor, o comportamento mecânico das vigas laminadas compósitas. Por outro lado, a origem de erros mais relevantes no caso das vigas ligadas com resina epoxy, devido à impossibilidade de avaliar os paraˆmetros mecânicos do adesivo assumidos pelo modelo.
Os materiais compósitos têm desempenhado um papel importante em muitas aplicações de diferentes áreas na prática de engenharia. Devido às suas propriedades mecânicas e à possibilidade de serem projetadas para uma finalidade específica, as vigas laminadas em particular são de enorme interesse há várias décadas. O uso deste tipo de materiais é cada vez mais frequente. O facto de apresentarem propriedades mecânicas optimizadas provenientes da combinação de diferentes materiais é o factor-chave que justifica a procura existente pelas mais variadas indústrias. Devido a esta procura é conveniente que na fase de projeto sejam avaliados parâmetros mecânicos, de maneira a obter estruturas capazes consoante a sua finalidade. Desta forma, torna-se útil a investigação tanto experimental como numérica do comportamento mecânico do conjunto de camadas, tendo em consideração a interação das camadas, a sua geometria e as suas propriedades mecânicas. De entre os vários processos para efetuar a análise experimental, o ensaio de flexão é amplamente utilizado na maioria dos casos. O objetivo deste trabalho é estudar experimentalmente e numericamente o comportamento mecânico de vigas laminadas compósitas ligadas por um adesivo. Três configurações distintas de materiais (aço-alumínio, aço-polímero e alumínio-polímero) e dois adesivos de natureza diferente foram considerados para avaliação. Diferentes espessuras de camadas foram apresentadas de acordo com o material considerado. Os resultados foram gerados a partir de dois métodos de análise diferentes. Em primeiro lugar por uma abordagem numérica, nomeadamente por um modelo de equilíbrio FEM disponível. Em segundo lugar, realizou-se um ensaio de flexão de três pontos para a obtenção dos resultados experimentais. O modelo numérico de equilíbrio FEM em questão é baseado nas considerações de Timoshenko ou Teoria da Deformação de Corte de Primeira-ordem (FSDT), de maneira que o efeito de corte entre camadas seja levado em consideração. Toda a manipulação e análise feitas nas vigas laminadas compósitas serão consideradas dentro do regime linear elástico. Os resultados mostram, por um lado, a capacidade do modelo numérico conseguir prever, com algum rigor, o comportamento mecânico das vigas laminadas compósitas. Por outro lado, a origem de erros mais relevantes no caso das vigas ligadas com resina epoxy, devido à impossibilidade de avaliar os paraˆmetros mecânicos do adesivo assumidos pelo modelo.
Description
Trabalho final de mestrado para obtenção do grau de mestre em Engenharia Mecânica: Manutenção e Produção
Keywords
Two-layer beams Vigas de duas camadas Timoshenko theory Teoria de Timoshenko Experimental analysis Análise experimental Interlayer slip Deslizamento entre camadas Three-point bending test Ensaio flexão de três pontos Numerical modeling via FEM Modelação numérica via FEM
Citation
ARAÚJO, Tiago Jorge Pinto - Experimental and numerical analysis of two-layer composite beams. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2019. Dissertação de mestrado.
Publisher
Instituto Superior de Engenharia de Lisboa