Dissertação

{en_GB=Development and evaluation of new concepts in the design of honeycombs used in composite panels} {} EVALUATED

{pt=Os painéis em sanduíche têm sido amplamente utilizados em muitas aplicações de engenharia, onde diminuir o peso, mantendo a elevada resistência e rigidez, é crucial. A utilização crescente destas estruturas implica a necessidade de um estudo detalhado e do desenvolvimento de novas topologias que conduzam a uma melhoria das propriedades mecânicas, como rigidez, resistência mecânica e absorção de energia. Os núcleos do painel em sanduíche são, em geral, materiais celulares. A configuração mais comum dos núcleos é o arranjo hexagonal regular designado por honeycomb ou favo de mel, que foi usado como base do estudo. Duas novas estruturas naturais bioinspiradas foram desenvolvidas de modo a melhorar no desempenho dos núcleos do painel sandwich. Entre toda a gama de estruturas que a natureza oferece, o enamel e o bamboo foram os escolhidos. As propriedades de compressão e flexão dessas duas estruturas celulares inovadoras foram avaliadas em comparação com o honeycomb clássico. Para realizar esta comparação, todas as configurações foram simuladas numericamente com o software Abaqus para diferentes densidades relativas. Finalmente, a técnica de fused deposition modelling (FDM) foi usada para imprimir algumas amostras selecionadas em ácido polilático (PLA) que foram testadas experimentalmente. O objetivo final da metodologia foi comparar os resultados das simulações de elementos finitos com os dados experimentais. Os resultados mostraram que as propriedades mecânicas dependem da geometria do núcleo e têm uma dependência da densidade relativa. Finalmente, para a mesma densidade relativa, as estruturas bioinspiradas competem com as estruturas tradicionais no que diz respeito à resistência e rigidez. , en=Sandwich panels have been widely used in many engineering applications where saving weight whilst maintaining high strength and stiffness is crucial. The increase in use of these structures highlights the need for a detailed study and development of new structural typologies to upgrade mechanical properties such as stiffness, strength and energy absorption. The sandwich panel cores are man-made cellular materials. The most common core is the two dimensional regular hexagonal cell shape, labelled honeycomb which has been used as the baseline of this study. Two new bioinspired natural structures were developed to find improvements in the performance of sandwich panel cores, particularly in the in-plane properties. Among all the large amount of structures that nature provides, enamel and bamboo were chosen. The compressive and flexural properties of these two innovative cellular structures were assessed and compared against the classic honeycomb. To carry out this comparison, all the arrangements were numerically simulated with the Abaqus software for different relative densities. Finally, the fused deposition modelling (FDM) technique was used to print some selected samples in polylactic acid (PLA) that were experimentally tested. The ultimate goal of this methodology was to validate the results from the finite elements simulations with experimental data. Results show that the mechanical properties depend on the core geometry and have a strong reliance on the relative density. Finally, for the same relative density, the bioinspired natural structures compete with the traditional core structures in what concerns to strength and stiffness. }
{pt=Estruturas celulares, compressão, flexão, simulação numérica, FDM., en=Cellular structure, compression test, three point bending test, numerical simulations, FDM.}

Março 6, 2019, 10:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Maria de Fátima Reis Vaz

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Augusto Manuel Moura Moita de Deus

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar