Dissertação
{en_GB=Computational Analysis of Unidirectional Hybrid Composite Materials} {} EVALUATED
{pt=O objectivo deste trabalho é desenvolver um modelo de elementos finitos para estudar o comportamento de compósitos unidireccionais, híbridos e não híbridos, quando sujeitos a cargas longitudinais. O estudo da hibridização visa o alcance da pseudo-ductilidade nos materiais compósitos. De maneira a representar com mais precisão a microestrutura do material, é apresentado um novo método para obtenção da geometria da secção transversal de um volume elementar representativo com uma distribuição aleatória de fibras na matriz. O problema é abordado como um problema de optimização e resolvido com a ajuda de um algoritmo genético, e o método é capaz de atingir níveis elevados de fracção volúmica de fibras. O estudo da homogeneização foi brevemente discutido e concluiu-se que para fibras arranjadas aleatoriamente há um ganho substancial nas propriedades do material quando comparado com uma disposição regular das fibras. Finalmente, o modelo de dano da microestrutura foi implementado impondo extensões na direcção longitudinal das fibras. A falha das fibras é gradual para obter uma curva de tensão-extensão mais detalhada. São estudados resultados para dois compósitos reforçados por fibras de carbono distintas e a hibridização resultante da sua combinação. Os resultados mostram que a distribuição da resistência à tracção das fibras prevalece sobre a geometria da microestrutura no que respeita a sua influência no comportamento mecânico do material. O compósito híbrido estudado demonstra tendência para atingir um comportamento pseudo-dúctil, mas este desenvolvimento menos drástico da falha da microestrutura causa uma clara redução na resistência do material., en=The objective of this work is to develop a finite element model to study the behaviour of unidirectional composites, hybrid and non-hybrid, when subjected to longitudinal loads. The study of the hybridization aims the achievement of pseudo-ductility in composite materials. In order to represent with more precision the material microstructure, a new method to obtain the geometry of the transverse section of a representative volume element with a random distribution of fibres in the matrix is presented. The problem is approached as an optimization problem and solved with the help of a genetic algorithm, and the method is able to achieve high levels of fibre volume fraction. The study of homogenization is briefly discussed and it is concluded that for randomly arranged fibres there is a substantial gain on the material properties when compared to a regular fibre packing. Finally, the damage model for the microstructure is implemented imposing strains in the longitudinal direction of the fibres. The fibre failure is gradual so that the stress-strain curve obtained is more detailed. Results are studied for two non-hybrid composites reinforced with distinct carbon fibres and the resulting hybridization of the two types of fibres. The results show that the influence of fibre tensile strength distribution in the mechanical behaviour of the material prevails over the influence of the microstructure geometry. The studied hybrid composite demonstrates tendency to achieve a pseudo-ductile behaviour, but this less drastic development of the failure of the microstructure causes a clear decrease in the material strength.}
novembro 28, 2018, 18:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
José Arnaldo Pereira Leite Miranda Guedes
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Catedrático
