Mecânica dos materiais compósitos - AP3

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Mecânica dos materiais compósitos I
Métodos para a previsão das propriedades mecânicas dos compositos em função dos seus componentes
Aluna: Rayanne Milanez
Professor: Julio Cyrino
2020
Sumário
Introdução;
Propriedades dos materiais compósitos
Metodologias para a previsão de propriedades
Regra da Mistura
Halpin Tsai
CCA
Três Fases
Redes Neurais
Perguntas
Referências
Introdução
O principal objetivo da produção de compósitos é combinar diferentes matrizes e reforços visando produzir novos materiais que possuam características superiores as de seus componentes bases. Teoricamente qualquer propriedade pode ser alterada desta forma. Dentre as mais estudadas atualmente encontram-se:
Permeabilidade a gases
Permeabilidade a água
Estabilidade térmica
Retardância a chamas
Condutividade térmica
Condutividade elétrica
Redução no peso
Fabricação de materiais translúcidos
Propriedades dos Materiais Compósitos
Propriedades do compósito dependem:
Propriedades individuais da fase matriz e da fase dispersa
Natureza da interface “fase matriz - fase dispersa”
“Geometria” da fase dispersa
a) Concentração 
b) Tamanho 
c) Forma 
d) Distribuição 
e) Orientação
A apuração das propriedades mecânicas dos compósitos é imprescindível na análise de falhas, e também para projetos de components estruturais
quer seja através o uso de materiais naturais, como pedras, madeiras, ossos de animais, etc., quer seja desenvolvendo novos materiais através do uso de tecnologia. 
sendo que os mais importantes desenvolvimentos tecnológicos ocorreram a partir do ano 1.700 DC.
Um aspecto importante, é que o, isto é, aquele que possuía as melhores armas era o vencedor! 
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Metodologias para previsão de propriedades
	A predição das constantes elásticas de materiais anisotrópicos, e particularmente os compósitos se utiliza de métodos analíticos, ex: 
Métodos de Elementos Finitos
Teoria Clássica de Laminação 
Espessura dos compósitos é muito menor que as dimensões no plano
Modelagem 3D, definição de CC e cargas
Micromecânica
Microestrutura do material
Combinação das propriedades das fibras de reforço e da matriz 
Parte de teorias de falha para materiais isotrópicos 
Comportamento elástico linear 
Anisotropia dos compósitos quanto a rigidez e a resistência
Na Teoria Clássica de Laminação, por exemplo, o desenvolvimento de procedimentos para avaliar tensões e deformações de laminados é fundamentalmente dependente do fato de que a espessura dos compósitos é muito menor que as dimensões no plano. Valores típicos para espessura para camadas individuais podem abranger de 0,13 a 0,25 mm. Conseqüentemente, compósitos tendo 8 a 50 camadas são considerados placas finas, e, portanto, podem ser analisados com base nas simplificações 
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Regra da Mistura
Cada fase constituinte do compósito contribui para as propriedades efetivas do mesmo, sendo essa contribuição dependente apenas da fração volumétrica dos constituintes.
Deformação nas fases do compósito são uniformes e iguais (Modelo de Voigt)
A ligação inclusão-matriz é excelente, tendo como condição de contorno as tensões iguais tanto na matriz quanto na inclusão (Modelo de Reuss)
Estimativas aproximadas
Módulo de elasticidade está intimamente ligado a esse processo
Halpin Tsai
	Modelo matemático para a previsão da elasticidade do material compósito, com base na geometria e orientação do material de enchimento e nas propriedades elásticas do material de enchimento e da matriz.
CCA
Compósito = conjunto de cilindros concêntricos
Fibras infinitamente longas, cilíndricas e matriz contínua. 
Frações volumétricas permanecem as mesmas 
Condições de contorno homogêneas
Campos resultantes são cinematicamente ou estaticamente admissíveis e semelhantes 
Teoremas de energia mínima
Obtém as propriedades macroscópicas efetivas do material 
Determinar os campos de tensões no cilindro
Distribuição de tensões no compósito.
(Composite Cylinder Assemblage Model) - Hashin e Rosen (1964)
Considerações:
Três Fases
Um único elemento compósito cilíndrico ou esférico de duas 
Embebido em um meio homogêneo infinito de propriedades efetivas desconhecidas
Submetido a condições de contorno homogêneas a grandes distâncias a partir da origem
É necessário que o meio efetivo homogêneo possua as mesmas condições médias de tensão e de deformação que o elemento compósito
Modelo Auto-Consistente Generalizado (Modelo de Três Fases)
Generalized Self-Consistent Method, sigla GSCM - Christensen e Lo (1979) e Christensen (1990), 
Considerações:
Redes neurais
Nova ferramenta computacional que vem sendo instalada em todas as áreas da engenharia.
Baseia-se no comportamento do cérebro humano, que por meio de uma modelagem matemática, se permite um “aprendizado” computacional assentado em um conjunto de dados pré estabelecidos 
Estes materiais são indicados portanto para facilitar as estruturas existentes a recuperar a resistência inicial quando degradadas, aumentar a capacidade de carga de modo a satisfazer novos usos, ou mesmo modificar a funcionalidade obsoleta das mesmas sem implicar grande aumento do peso da estrutura. Existem também potenciais economias em termos de custos e redução de problemas ambientais no uso de compósitos de fibra para reabilitação de infra-estruturas
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Perguntas?
Referências
https://core.ac.uk/download/pdf/231247917.pdf
https://repositorio.ufrn.br/jspui/bitstream/123456789/24978/1/GiorgioAndreBritoOliveira_DISSERT.pdf
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/15391/15391_3.PDF
file:///C:/Users/rayan/OneDrive/%C3%81rea%20de%20Trabalho/1.PDF
https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1517-70762008000100005
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4354018/mod_resource/content/1/PMT%203200%20-%20Semana%204%20-%20Comp%C3%B3sitos.pdf