Comportamento de Cilindros de Carbono/Epóxi Submetidos a Cargas Compressivas Axiais
Mechanical Behavior of Carbon/Epoxy Cylinders Under Axial Compressive Loads
Gonçalves, Adriano; Almeida, Sérgio F. M.; Levy Neto, Flaminio
http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282001000200012
Polímeros: Ciência e Tecnologia, vol.11, n2, p.94-101, 2001
Resumo
Para estruturas utilizadas no setor aeroespacial, os requisitos de baixo peso, alta resistência e rigidez, além de estabilidade dimensional, têm propiciado o aumento da utilização de materiais compósitos nas suas manufaturas. Em particular, cascas cilíndricas ou estruturas construídas pela junção de cilindros de paredes finas, confeccionadas em fibra de carbono e resina epóxi, são amplamente utilizadas neste tipo de aplicação. Neste trabalho, um programa experimental foi desenvolvido para determinar as tensões de falha, os módulos de elasticidade e o modo de falha de 47 cilindros com diâmetro interno de 40 mm e espessura nominal de 0,6 mm (com exceção de 2 corpos de prova), fabricados em carbono/epóxi, quando submetidos a cargas compressivas uniaxiais. Os espécimes testados possuíam diferentes razões entre comprimento e diâmetro (variando de 2,50 a 11,25) e seqüências de laminação variadas (orientações de camadas). Os resultados dos ensaios foram comparados aos obtidos em análises realizadas com programas de elementos finitos e os fatores que influenciaram o comportamento mecânico destes cilindros foram analisados.
Palavras-chave
Material compósito, compressão, fibra de carbono, epóxi, cilindro
Abstract
The requirements of low weight and dimensional stability, combined with high strength and stiffness, for aerospace structures has prompted an increasing use of fiber reinforced materials in manufacturing such structures. In particular, carbon/epoxy cylinders have been widely used in aerospace applications. In this work, an experimental program was developed to determine failure loads, modulus of elasticity and failure modes of 47 carbon/epoxy cylinders shells under compressive loads. The specimens tested had several different length/diameter (from 2.50 to 11.25) ratios and laminate lay-up. These results were compared to the analytical results from finite element code and the most important factors influencing the mechanical behavior of this type of structure were analyzed.
Keywords
Composite materials, compression, carbon fiber, epoxy, cylinder
References
1. Tenek, L. T. & Argyris, J. - "Finite Element Analysis for Composite Structures", Kluwer Academic Publishers, Boston (1998).
2. Bushnell, D. - "Computerized Analysis of Shells ¾ Governing Equations", Computers and Structures, Vol. 18, No. 3, p. 471 ¾ 536, (1984).
3. Tsai, S. W. - "Composites Design", Think Composites, Dayton, (1990).
4. Levy Neto, F. - "The Behavior of Externally-Pressurised Composite Domes" Ph.D. Thesis, University of Liverpool, England (1991).
5. Davis, J. G., "Compressive Instability and Strength of Uniaxial Filament-reinforced Epoxy Tubes", NASA TN D-5697, NASA (1970).
6. Sun, G. & Hansen, J. S. - Journal of Applied Mechanics, 55, p. 136 (1988).
7. Mistry, J. - Composite Structures, 20, p. 83 (1992).
8. Brush, D. O. & Almroth, B. O. - "Buckling of Bars, Plates and Shells", McGraw Hill, New York, 1975.
9. Gonçalves, A. - "Análise Experimental da Estabilidade e Resistência de Cilindros de Carbono/Epóxi Submetidos a Cargas Compressivas Uniaxiais" Tese de Mestrado, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, Brasil (1997).
10. Vizzini,A. J., Lagace, P. A. - "The Role of Ply Buckling in the Compressive Failure of Graphite/Epoxy Tubes" in: Proceedings of the 25th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Paper 84-0963, Palm Springs (1984).
11. Almeida, S. F. M., and Hansen, J. S., Journal of Applied Mechanics, Vol. 64, No. 4, (1997), pp. 772-780.
Facebook
Google+
Twitter
LinkedIn
Mendeley
StumbleUpon
CiteULike
Reddit
Email