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Type: Dissertação
Title: Experimental and numerical analysis of composites reinforced with natural fibers
Title in English: Experimental and numerical analysis of composites reinforced with natural fibers
Authors: Moura, Luana Andreza Gomes
Advisor: Medeiros Júnior, Marcelo Silva
Co-advisor: Parente Junior, Evandro
Keywords in Brazilian Portuguese : Fibras naturais;Compósitos híbridos;Compósitos reforçados com fibras;Falha progressiva;Falha progressiva;Juta;Tratamento de fibras
Keywords in English : Natural fibers;Hybrid composites;Fiber-reinforced composites;Progressive Failure;Jute;Fiber treatment
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Issue Date: 2023
Citation: MOURA, L.A.G. Experimental and numerical analysis of composites reinforced with natural fibers. 2023. 110f. Dissertaçãoa (Engenharia Civil - Estrutura e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Compostos reforçados com fibras naturais são uma nova classe de materiais de engenharia que podem ser utilizados em diferentes aplicações industriais. Enquanto os compósitos poliméricos reforçados com fibras sintéticas têm sido tradicionalmente empregados em estruturas de alto desempenho, o interesse em compósitos reforçados com fibras naturais está crescendo devido às suas vantagens ecológicas, renováveis e custo-benefício. A juta é uma fibra natural facilmente encontrada no Brasil, seu uso é ecológico e ajuda economias locais. As fibras naturais também apresentam algumas desvantagens em comparação com as sintéticas, como baixa resistência à absorção de umidade, propriedades variáveis e comportamento hidrofílico, que podem ser evitados através de tratamentos. Esta pesquisa tem como objetivo explorar o comportamento mecânico de compósitos híbridos reforçados com juta e vidro, através de análises experimentais e numéricas. Os principais objetivos incluem a produção de compósitos híbridos através de laminação manual, a caracterização das propriedades mecânicas fundamentais dos compósitos e seus constituintes, e o desenvolvimento de um modelo numérico utilizando os critérios de iniciação de falha de Hashin e uma lei de evolução de danos baseada na energia de fratura. Ensaios experimentais foram realizados em fibras de juta tratadas e não tratadas, assim como em diferentes compósitos híbridos de juta e vidro. Ensaios de tração e de energia de fratura foram realizados para obter importantes propriedades mecânicas para a modelagem, que foi realizada utilizando o software Abaqus, simulando o comportamento dos compósitos híbridos. Os resultados dos ensaios experimentais demonstraram a viabilidade e as propriedades mecânicas dos compósitos híbridos de juta e vidro. As simulações numéricas utilizando as propriedades obtidas dos ensaios experimentais apresentaram boa concordância com os resultados experimentais. Além disso, o modelo numérico utilizando propriedades separadas para a juta e o vidro apresentou resultados promissores, representando efetivamente o comportamento mecânico dos compósitos híbridos. No geral, esta pesquisa fornece insights sobre as propriedades mecânicas e comportamento dos compósitos híbridos de juta e vidro. A combinação de análises experimentais e numéricas oferece uma compreensão abrangente do material, facilitando suas potenciais aplicações. Os resultados contribuem para a pesquisa contínua sobre compósitos de fibras naturais e fornecem uma base para a otimização e desenvolvimento de materiais híbridos com melhor desempenho mecânico e atributos ecologicamente amigáveis.
Abstract: Composites reinforced with natural fibers are a relatively new class of engineering material that can be used in different industrial applications. While synthetic fiber-reinforced polymer composites have traditionally been employed in high-performance structures, the interest in natural fiber-reinforced composites is growing due to their ecological advantages, renewability, and cost-effectiveness. Jute is a natural fiber easily found in Brazil, its use is environment friendly and improves local economies. Natural fibers also present some drawbacks compared to synthetic fibers, such as poor resistance to moisture absorption, random properties, and a hydrophilic behavior, which can be prevented by fiber treatment. This research aims to explore the mechanical behavior of jute-glass hybrid-reinforced epoxy composites through both experimental and numerical analyses. The primary objectives include the production of hybrid composites using manual lamination, the characterization of fundamental mechanical properties of the composites and their constituents, and the development of a numerical model using Hashin’s failure initiation criteria and a damage evolution law based on fracture energy. Experimental tests were conducted on treated and untreated jute fibers, as well as on different jute-glass hybrid composites. Tensile tests and fracture toughness analysis were performed to obtain critical mechanical properties for numerical modeling. The numerical study was carried out using Abaqus software, simulating the behavior of the hybrid composites. The results of the experimental tests demonstrated the feasibility and mechanical properties of the jute-glass hybrid composites. The numerical simulations using the properties from the experimental tests showed good agreement with the experimental findings. Additionally, the numerical model utilizing separate properties for jute and glass exhibited promising results, representing the mechanical behavior of the hybrid composites effectively. Overall, this research provides valuable insights into the mechanical properties and behavior of jute-glass hybrid-reinforced composites. The combination of experimental and numerical analyses offers a comprehensive understanding of the material, facilitating its potential applications. The findings contribute to the ongoing research on natural fiber composites and provide a basis for further optimization and development of hybrid materials with enhanced mechanical performance and eco-friendly attributes.
Description in Brazilian Portuguese: Moura, L.A.G. Experimental and numerical analysis of composites reinforced with natural fibers. 2023. 110f. Dissertaçãoa (Engenharia Civil - Estrutura e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75870
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1762501538411486
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/2063895965535802
Co-advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/1774654203813780
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DECC - Dissertações defendidas na UFC

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