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Tipo: TCC
Título: Análise Isogeométrica de Placas com Gradação Funcional utilizando uma Teoria de Alta Ordem
Título em inglês: Isogeometric Analysis of Functionally Graded Plates using a High-Order Theory
Autor(es): Barros, Renan Melo
Orientador: Parente Júnior, Evandro
Palavras-chave em português: Materiais com Gradação Funcional;Modelos Micromecânicos;Teoria de Alta Ordem;Análise Isogeométrica
CNPq: ENGENHARIA CIVIL
Data do documento: 2021
Citação: BARROS, Renan Melo. Análise Isogeométrica de Placas com Gradação Funcional utilizando uma Teoria de Alta Ordem. 2021. 94 f. Monografia (Graduação em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021
Resumo: Os Materiais com Gradação Funcional são materiais compósitos com uma variação gradual e contínua da sua composição ao longo de determinada direção. Devido a essa característica apresentar uma vantagem mecânica em relação a outros materiais compósitos, os Materiais com Gradação Funcional já são amplamente utilizados em diversas outras indústrias, desde a balística até a aeroespacial. Dessa forma, a análise estrutural considerando os Materiais com Gradação Funcional é um tema de alta relevância atualmente no âmbito da pesquisa acadêmica no mundo. O presente trabalho propõe o processo de análise estática de estruturas unidimensionais e bidimensionais por meio da utilização de uma formulação isogeométrica baseada em NURBS. As equações governantes dos problemas serão obtidas a partir do emprego da Teoria de Terceira Ordem de Reddy, que representa os efeitos do cisalhamento transversal de forma exata ao longo da seção transversal, desconsiderando a utilização de quaisquer fatores de correção, diferentemente da Teoria de Primeira Ordem. A sua aplicação discutida em detalhe neste trabalho, já que não é um processo trivial. Além disso, outro ponto importante a ser considerado é a modelagem adequada do Material com Gradação Funcional. Uma vez que é um material compósito com gradação contínua, a definição dos componentes e a equação da variação da fração de seus respectivos volumes são necessárias. Entretanto, uma das variáveis mais relevantes a ser considerada é a forma de variação das suas propriedades efetivas ao longo da gradação, definida por modelos micromecânicos. Para auxiliar nessa discussão, serão utilizados os modelos de Voigt, Mori-Tanaka e Auto-consistente. A formulação utilizada foi validada pela literatura, fornecendo resultados consistentes para as múltiplas situações dos exemplos, embasando as discussões posteriores. Nos resultados, são analisados alguns pontos importantes da formulação e implementação da Teoria de Terceira Ordem, com discussões acerca do fenômeno do travamento, da diferença dos deslocamentos e das tensões ao longo da seção transversal em relação à Teoria de Primeira Ordem. além de apresentar uma importante discussão acerca da escolha correta do modelo micromecânico.
Abstract: Functionally Graded Materials are composite materials with a gradual and continuously varying composition through a desired direction. Due to this characteristic, they present a mechanical advantage when compared to other composite materials, culminating in its utilization across several industries, such as ballistics and aerospace. Thereby, the structural analysis considering the Functionally Graded Materials is a high relevance topic within the academic research ambit throughout the world nowadays. This document proposes the static analysis process of one-dimensional and two-dimensional structures by using a NURBS based isogeometric formulation. The governing equations of the problems are dictated by the employment of the Third-Order Reddy Theory, which can exactly present the transverse shear effects along the thickness, disregarding the utilization of any correction factors, unlike the First-Order Shear Deformation Theory. The application of this theory is thoroughly discussed in this document, once it is not a trivial procedure. Besides that, it is valid to highlight the importance of an adequate modelling of the Functionally Graded Material. As it is a composite material with a varying composition, it is necessary to determine beforehand its components and the volume fraction equation along the thickness direction. However, one of the most important variables to be considered is the variation profile of the effective properties throughout the gradation, that is determined by a micromechanical model. To support this discussion, the Voigt, Mori-Tanaka and Self-consistent models will be used. The formulation used was previously validated by comparison with the literature, returning consistent results to the many situations brought by the examples, serving as basement to the necessary discussions. In the results, some highlighted topics of the Third-Order Reddy Theory are discussed, such as the shear locking, the differences between the displacements given by it and by the First-Order Theory and the shear stress variation profile along the cross-section, besides presenting an important deliberation about the right choice of the micromechanical model.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/74333
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/2369802248930903 Endereço
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/1774654203813780
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
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