Estudo numérico das tensões térmicas em placas planas de compósito tipo sanduíche

Abstract

RESUMO: Este trabalho apresenta um estudo numérico e experimental das tensões térmicas no regime elástico de placas planas de compósito tipo sanduíche com núcleo de espuma de polietileno reciclado, com diferentes espessuras, instaladas em uma base de aço estrutural através de dois métodos de fixação: (1) parafuso e porca e (2) adesivo dupla face. A estrutura sanduiche é um tipo especial de compósito laminado composto por duas folhas de rosto fino e um núcleo grosso. Os compósitos analisados nesse trabalho possuem espessuras nominais de 3, 4 e 6 mm, com folhas de rosto de alumínio. As temperaturas não uniformes entre as folhas de rosto e o núcleo do compósito, somadas aos diferentes coeficientes de expansão linear, resultaram em expansão/contração não uniforme e, consequentemente, em tensões térmicas. Comparando as espessuras utilizadas, as estruturas com espessura nominal de 4 mm apresentou o melhor resultado, sendo destaque para o método de fixação com adesivo dupla face, que obteve o melhor desempenho dentre os dois métodos de fixação, pois distribui melhor as tensões geradas ao longo da fixação e não gerou deformações permanentes nos materiais. As tensões térmicas foram medidas por extensiometria e utilizadas na validação das tensões calculadas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) através do software ANSYS® Mechanical 14.5. A comparação das tensões obtidas numericamente com os resultados experimentais indicou uma boa concordância entre os resultados, independente da espessura utilizada

ABSTRACT: This work presents an experimental and numerical thermal stress study of elastic field in a flat sandwich structure with recycled polyethylene foam core, with different thicknesses, bonded in a structural steel base through (1) double-sided adhesive tape and (2) fasteners. A sandwich structure is a special kind of laminated plate, consisting of two thin face sheets and one thick core. The sandwich structures analyzed in this work have 3, 4 and 6 mm nominal thicknesses, with aluminum face sheets. The non-uniform temperatures, added to the different linear expansion coefficient, resulted in non-uniform expansion and, consequently, in thermal stresses. The 4 mm nominal thickness bonded structure shown the best performance, because the stress generated along the fastening was better distributed and did not generate permanent deformations in the materials, allowing the application of computational model developed. The thermal stresses were measured by strain gauges and used in the validation of stress calculated by Finite Element Method (FEM) through ANSYS® Mechanical 14.5 software. The comparison of the numerical and experimental results indicated a good agreement between it, regardless of the thickness used