Fabricação avançada de compósitos por enrolamento filamentar: avaliação da resistência residual de cilindros com rigidez variável após carregamento de impacto

• Processo: 19/15179-2
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2020
• Data de Término da vigência: 28 de fevereiro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Estruturas Aeroespaciais
• Acordo de Cooperação: CONFAP - Conselho Nacional das Fundações Estaduais de Amparo à Pesquisa
• Pesquisador responsável: Volnei Tita
• Beneficiário: Volnei Tita
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Artur Altermann Pollet ; Cristiano Baierle de Azevedo ; Jose Humberto Santos Almeida Junior ; Maikson Luiz Passaia Tonatto ; Maísa Milanez Ávila Dias Maciel ; Marcelo Leite Ribeiro
• Assunto(s): Mecânica dos sólidos Materiais compósitos Método dos elementos finitos Enrolamento filamentar Rigidez variável Resistência residual Estruturas laminadas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: compósitos | fabricação avançada via enrolamento filamentar | falha e dano progressivo | lâminas com rigidez variável | Método dos Elementos Finitos | resistência residual após impacto | Mecânica dos Sólidos

Resumo

Este projeto de pesquisa tem por objetivo desenvolver um pacote contendo soluções experimentais, numéricas e rotinas de otimização de estruturas cilíndricas com rigidez variável (RV) fabricadas por enrolamento filamentar (EF) (do inglês, filament winding). É conhecido que peças axissimétricas fabricadas pelo processo de EF tradicional possuem excelentes propriedades mecânicas. No entanto, a baixa resistência na direção da espessura em estruturas laminadas as tornam suscetíveis a danos por impacto. Modificações no processo tradicional de EF visando um processo de fabricação avançado serão realizadas a fim de possibilitar a obtenção de cilindros em compósito com RV, para aumentar o leque de opções construtivas e assim facilitar o desenvolvimento de estruturas otimizadas. Serão realizados ensaios de resistência residual após impacto, tais como compressão axial e/ou radial para analisar o comportamento mecânico dos cilindros. Para realizar a otimização dessas estruturas, serão desenvolvidos modelos por elementos finitos para prever a falha e o dano progressivo dos materiais, bem como a integração com algoritmos de otimização. Protótipos de cilindros em compósito otimizados serão fabricados e avaliados experimentalmente a fim de validar os resultados obtidos. Espera-se ter, através do processo de fabricação avançado, cilindros compósitos com rigidez e peso otimizados em comparação a cilindros fabricados tradicionalmente pelo processo de EF. Além disso, espera-se que a metodologia desenvolvida possa ser empregada em escala industrial e que empresas interessadas sejam beneficiadas pelos resultados obtidos e disseminados pelo projeto. (AU)

Publicações científicas

(10)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

DE MENEZES, VANESSA G. S.; SOUZA, GABRIEL S. C.; VANDEPITTE, DIRK; TITA, VOLNEI; DE MEDEIROS, RICARDO. Defect and damage detection in filament wound carbon composite cylinders: A new numerical-experimental methodology based on vibrational analyses. COMPOSITE STRUCTURES, v. 276, NOV 15 2021. (19/15179-2, 15/15221-8, 12/01047-8)

SANTOS, MATHEUS V. M.; SARTORATO, MURILO; ROY, ANISH; TITA, VOLNEI; RIBEIRO, MARCELO L.. Analysis of delamination of composite laminates via extended finite element method based on the layerwise displacement theory and cohesive zone method. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART L-JOURNAL OF MATERIALS-DESIGN AND APPLICATIONS, OCT 2021. (15/13844-8, 19/15179-2)

CHRISTOFF, BRUNO GUILHERME; BRITO-SANTANA, HUMBERTO; TITA, VOLNEI. Analysis of unbalanced laminate composites with imperfect interphase: Effective properties via asymptotic homogenization method. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART L-JOURNAL OF MATERIALS-DESIGN AND APPLICATIONS, DEC 2021. (19/15179-2)

SANTANA, PEDRO BUHRER; GOMES, HERBERT MARTINS; DE ALMEIDA, FELIPE SCHAEDLER; TITA, VOLNEI. A new approach to optimize variable axial composite shells: A metaheuristic procedure using the finite element method. THIN-WALLED STRUCTURES, v. 183, p. 14-pg., 2023-02-01. (19/15179-2)

SANTANA, PEDRO BUHRER; GOMES, HERBERT MARTINS; FERREIRA, ANTONIO MENDES; TITA, VOLNEI. A Multiobjective Optimization Framework for Strength and Stress Concentration in Variable Axial Composite Shells: A metaheuristic approach. LATIN AMERICAN JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, v. 20, n. 6, p. 16-pg., 2023-01-01. (19/15179-2)

QUIRINO, MATHEUS URZEDO; TITA, VOLNEI; RIBEIRO, MARCELO LEITE. A viscoelastic in-plane damage model for fibrous composite materials. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART L-JOURNAL OF MATERIALS-DESIGN AND APPLICATIONS, DEC 2021. (19/15179-2)

CHRISTOFF, BRUNO G.; ALMEIDA, JOSE HUMBERTO S.; CARDOSO, EDUARDO L.; TITA, VOLNEI. A multiscale topology optimisation framework for hollow spheres as cellular materials. ENGINEERING STRUCTURES, v. 284, p. 13-pg., 2023-03-29. (19/15179-2)

JR., JOSE HUMBERTO S. ALMEIDA; ST-PIERRE, LUC; WANG, ZHIHUA; RIBEIRO, MARCELO L.; TITA, VOLNEI; AMICO, SANDRO C.; CASTRO, SAULLO G. P.. Design, modeling, optimization, manufacturing and testing of variable-angle filament-wound cylinders. COMPOSITES PART B-ENGINEERING, v. 225, NOV 15 2021. (19/15179-2)

CHRISTOFF, BRUNO GUILHERME; BRITO-SANTANA, HUMBERTO; TALREJA, RAMESH; TITA, VOLNEI. Multiscale embedded models to determine effective mechanical properties of composite materials: Asymptotic Homogenization Method combined to Finite Element Method. COMPOSITES PART C: OPEN ACCESS, v. 9, p. 14-pg., 2022-10-01. (19/15179-2)

FERREIRA, GREGORIO F. O.; ALMEIDA, JOSE HUMBERTO S., JR.; RIBEIRO, MARCELO L.; FERREIRA, ANTONIO J. M.; TITA, VOLNEI. A finite element unified formulation for composite laminates in bending considering progressive damage. THIN-WALLED STRUCTURES, v. 172, p. 13-pg., 2022-02-01. (19/15179-2)