Determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos a partir de microestruturas artificiais (2019)
- Authors:
- USP affiliated author: ANGÉLICO, RICARDO AFONSO - EESC
- School: EESC
- Sigla do Departamento: SAA
- Subjects: MATERIAIS COMPÓSITOS; TEMPERATURA
- Keywords: Propriedades mecânicas efetivas; Microestruturas artificiais; Comportamento mecânico; Incompatibilidade de propriedades físicas
- Language: Português
- Abstract: A utilização de materiais compósitos na indústria está relacionada ao fato de estes materiais possuírem propriedades mecânicas, térmicas ou químicas efetivas superiores àquelas das fases constituintes isoladas para uma dada aplicação de interesse. Entretanto, geralmente, estes materiais possuem um comportamento mecânico mais complexo, dadas as diferenças entre propriedades físicas, químicas e mecânicas de suas fases. Quando os materiais constituintes possuem coeficientes de expansão térmica diferentes entre si, ocorre o de surgimento de esforços internos na estrutura do material compósito quando este é submetido a uma variação de temperatura, principalmente nas regiões de interface entre as fases constituintes. Estas regiões, então, se tornam mais susceptíveis à nucleação e propagação de trincas, podendo culminar na falha de componentes constituídos de tais materiais. O comportamento destes materiais pode ser simulado numericamente, fornecendo uma resposta representativa do comportamento observado experimentalmente. Neste contexto, o objetivo da presente monografia é a geração de um experimento numérico, realizado a partir do método dos elementos finitos, que seja capaz de incorporar os efeitos térmicos à resposta mecânica e gerar resultados estatisticamente relevantes para as propriedades efetivas de materiais compósitos. Para tal, foram analisados três modelos de microestruturas artificiais de materiais compósitos do tipo inclusões esféricas de alumina (Al2O3) imersas em matriz vítrea (G1, G2, G3); dispostas em arranjos regulares do tipo Cúbico, Cúbico de Corpo Centrado e Cúbico de Face Centrada; e com proporções volumétricas de 15%, 30% e 45%. Cada um destes modelos apresenta particularidades com relação às propriedades mecânicas da matriz vítrea bem como à diferença entre coeficientes de expansão térmica entre matriz e inclusões. Foram geradas rotinas automatizadas em python possibilitando areprodução dos experimentos numéricos de forma rápida e intuitiva. Os resultados gerados pela análise em MEF foram, então, aplicados em uma técnica de homogeneização para a extração das propriedades efetivas e, posteriormente, comparados com resultados teóricos e experimentais apresentados na literatura. Os campos de tensão, deformação e as propriedades efetivas resultantes observados apresentaram grande proximidade com os resultados experimentais usados para a validação do método, com a ressalva de que os modelos numéricos não apresentam efeitos de trincas, presentes nos experimentos. Os resultados do presente trabalho se apresentam como uma abordagem inicial para a investigação dos fenômenos de surgimento de esforços internos em materiais compósitos submetidos a variação de temperatura, servindo como comparativo tanto para futuros estudos experimentais como numéricos.
- Imprenta:
- Place of publication: São Carlos
- Date published: 2019
-
ABNT
BATISTA, Eduardo Junio do Lago. Determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos a partir de microestruturas artificiais. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2019. Disponível em: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/12d15bc5-f09d-4d23-b094-230b4decaf79/TCC-Final_Eduardo%20Junio%20do%20Lago%20Batista.pdf. Acesso em: 19 abr. 2024. -
APA
Batista, E. J. do L. (2019). Determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos a partir de microestruturas artificiais (Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação). Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/12d15bc5-f09d-4d23-b094-230b4decaf79/TCC-Final_Eduardo%20Junio%20do%20Lago%20Batista.pdf -
NLM
Batista EJ do L. Determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos a partir de microestruturas artificiais [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/12d15bc5-f09d-4d23-b094-230b4decaf79/TCC-Final_Eduardo%20Junio%20do%20Lago%20Batista.pdf -
Vancouver
Batista EJ do L. Determinação das propriedades efetivas de materiais compósitos a partir de microestruturas artificiais [Internet]. 2019 ;[citado 2024 abr. 19 ] Available from: https://bdta.abcd.usp.br/directbitstream/12d15bc5-f09d-4d23-b094-230b4decaf79/TCC-Final_Eduardo%20Junio%20do%20Lago%20Batista.pdf
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