Propriedades elásticas de polímeros reforçados por fibras de vidro pelo método de homogeneização numérica e elementos finitos: um estudo comparativo / Elastic properties of glass fiber reinforced polymers by numerical homogenization and finite elements method: a comparative study

César Tadeu Nasser Medeiros Branco, Jullyane Milena Silva de Figueiredo, Roberto Tetsuo Fujiyama

Abstract


Predição de propriedades elásticas de materiais compósitos reforçados por fibras unidirecionais já vem sendo estudada há muito tempo. Entretanto, com o advento de fibras naturais aplicados em compósitos, as análises ainda são recentes por conta da irregularidade da seção transversal das fibras naturais. O presente trabalho apresenta uma comparação dos resultados das propriedades elásticas de fibras com seção circular e hexagonal, visando analisar o comportamento das tensões em um elemento de volume representativo (EVR) para fibras com geometrias não circulares, como é o caso das fibras naturais. Este trabalho é apresentado em duas etapas. A primeira analisa as propriedades elásticas de um compósito de fibras de vidro e uma matriz de epóxi considerando o compósito como um elemento de volume representativo, sendo a fibra de vidro de seção transversal circular e hexagonal. O elemento de volume representativo apresenta dimensões microscópicas, tanto a matriz quanto o filamento da fibra de vidro. As fibras de vidro e a matriz epóxi foram consideradas como materiais homogêneos e isotrópicos e com módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson definidos pela literatura. As propriedades elásticas foram calculadas de forma analítica pelo método de homogeneização numérica. Na segunda etapa deste trabalho é feita uma investigação por meio da análise de elementos finitos. Deste modo, foi criado um elemento com fibras circulares e hexagonais. A finalidade do trabalho ao simular uma fibra hexagonal foi estudar as propriedades elásticas em programas computacionais para fibras que não possuem uma seção perfeitamente circular, como as fibras naturais. Os resultados das análises de elementos finitos, tanto para a fibra circular quanto para a fibra hexagonal, concordaram com os resultados analíticos. Porém, um erro de 10% foi encontrado no modulo de cisalhamento longitudinal.


Keywords


micromecânica, módulo de elasticidade, elemento de volume representativo, elementos finitos.

References


FREIRE, E.; MONTEIRO, E.; CYRINO, J. Propriedades Mecânicas de Compósitos de Polipropileno com Fibra de Vidro. Polímeros: Ciência e Tecnologia, v. 4, n. 3, p. 25-32, 1994.

GIBSON, R. F. Principles of composite material mechanics. 4 ed. Boca Raton: Flórida, CRC Press - Tayor & Francis Group. 2016. ISBN-13: 978-1-4987-2072-4.

BARBERO, E. J. Finite element analysis of composite materials using ANSYS®. 2 ed. Boca Raton: Flórida, CRC Press - Taylor & Francis Group, 2014, 363.

BRANCO, C.; FIGUEIREDO, J.; VELOSO, M.; FUJIYAMA, R. Computational Analysis From a Front Chassis Rail Made of Carbon/Epoxy Composite Material. SAE Technical Paper 2017-36-0380. 2017a. https://doi.org/10.4271/2017-36-0380.

BRANCO, C.; FIGUEIREDO, J.; VELOSO, M.; FUJIYAMA, R. Modelling a Rear Bumper of Goods Transport Vehicle Made of Glass Fiber Reinforced Polymer. SAE Technical Paper 2017-36-0413, 2017b, https://doi.org/10.4271/2017-36-0413.

PAL, B.; HASEEBUDDIN, M. Analytical Estimation of Elastic Properties of Polypropylene Fiber Matrix Composite by Finite Element Analysis. American Journal of Materials Science, v. 2, p. 162-168. 2015

NEMAT-NASSER, S.; IWAKUMA, T.; HEJAZI, M. On composite with periodic structure, Mechanics of Materials, v. 1, p. 239-267. 1982.

DEVIREDDY, S.; BISWAS, S. Effect of Fiber Geometry and Representative Volume Element on Elastic and Thermal Properties of Unidirectional Fiber-Reinforced Composites. Journal of Composites, v. 2014, 12 p.

SUDHEER, M.; PRADYOTH, K. R.; SOMAYAJI, S. Analytical and Numerical Validation of Epoxy/Glass Structural Composites for Elastic Models. American Journal of Materials Science, v. 5, n. 3, p. 162-168, 2015.




DOI: https://doi.org/10.34117/bjdv7n6-471

Refbacks

  • There are currently no refbacks.