Artigo

APLICAÇÃO DE UM MODELO DE VIGA DE TIMOSHENKO NA ANÁLISE DE COMPÓSITOS LAMINADOS

PEREIRA, Vinicius Viroli1; FILHO, Joao Elias Abdalla2;

Resumo

Introdução:Compósito laminado é uma estrutura resultante da união de duas ou mais lâminas reforçadas por fibras. Cada lâmina é constituída por uma matriz que abriga fibras dispostas em determinada direção. Compósitos laminados possuem elevadas relações rigidez/peso e resistência/peso. O método dos elementos finitos (MEF) pode ser empregado para avaliar o comportamento estrutural de compósitos laminados. Sendo o MEF um método aproximado, elementos finitos podem possuir erros de modelagem. O travamento por cisalhamento é um erro de modelagem que representa um acoplamento incorreto entre as deformações normais na flexão e de cisalhamento.

Objetivo:Este trabalho visa a validação adicional de um elemento de viga de Timoshenko para compósitos laminados formulado na notação strain gradient. Também, avaliar o efeito do termo espúrio associado ao travamento por cisalhamento presente neste elemento.

Metodologia:Três problemas de vigas são modelados com cinco malhas, a saber, malhas de 2, 4, 8, 16 e 32 elementos, para avaliar o efeito do travamento por cisalhamento e convergência numérica. As vigas modeladas são engastada e livre e biapoiada, e os carregamentos são transversal concentrado, axial concentrado e transversal distribuído. As grandezas calculadas são deslocamentos e tensões ao longo da estrutura.

Resultados:Deslocamentos verticais e longitudinais, e tensões normais e de cisalhamento, devidos aos diferentes carregamentos aplicados, são inferiores aos valores convergentes quando os modelos contém o erro de travamento por cisalhamento porque esse erro causa enrijecimento artificial. Além disso, o termo espúrio causa um erro qualitativo nas tensões de cisalhamento. Observa-se que o refino de malha, além de não corrigir o erro qualitativo, o torna mais pronunciado, contrariamente ao que seria esperado. Modelos sem o termo espúrio convergem rapidamente.

Conclusões:O elemento de viga de Timoshenko empregado é eficiente na análise de compósitos laminados após a remoção do termo espúrio. A remoção do termo espúrio a-priori é necessária, uma vez que a correção da solução não pode ser garantida somente via o refino de malha.

Palavras-chave:Compósitos laminados. Elementos finitos. Travamento por cisalhamento. Notação strain gradiente.

Legendas

    1. Estudante
    2. Orientador