Painel sanduíche com núcleo de honeycomb tubular termoplástico e faces compósitas submetidos à flexão : abordagem numérica e experimental

Abstract

Os setores aeroespacial, naval e automotivo, aos poucos vêm incorporando em seus produtos e soluções estruturas compostas por painéis sanduíches, principalmente quando há necessidade de elevada rigidez e resistência mecânica, estabilidade térmica e isolamento acústico. De fato, estruturas compostas por faces finas de laminados de fibra de vidro/resina poliéster e um núcleo do tipo celular honeycomb de polipropileno estão sendo amplamente empregadas na indústria automotiva e de implementos rodoviários. O material das faces propicia elevada resistência a cargas de tração e compressão, enquanto o núcleo honeycomb polimérico aumenta o momento de inércia de área, sem aumentar consideravelmente a massa da estrutura, com elevada resistência à flexão e ao cisalhamento. Apesar dos benefícios já elencados este tipo de estrutura ainda é pouco compreendido no que tange a rigidez, cargas e modos de falha. Por este motivo, a realização de ensaios experimentais, em especial de compressão do núcleo e de flexão dos painéis sanduíches, e a elaboração de modelos numéricos são interessantes para melhor compreender o comportamento dos painéis sanduíches, assim aumentando o amparo técnico para sua maior utilização. Diante disso, está dissertação tem como objetivo principal desenvolver modelos numéricos de painéis sanduíches, constituídos de faces de tecido bidirecional de fibra de vidro do tipo E e resina poliéster e núcleo honeycomb de células circulares de polipropileno, a fim de se conhecer o comportamento deste material estrutural de grande aplicabilidade na indústria. Comparou-se os resultados numéricos com os experimentais para estes painéis sanduíches e verificou-se que os modelos gerados, tanto para compressão como para flexão em três pontos, mostraram-se eficazes em predizer o comportamento dos materiais, esta última apresentou maior influência na diferença entre as curvas experimentais e numéricas. Outra constatação foi que ao aumentar a distância entre apoios em um ensaio de flexão a carga tende a reduzir em até 42 %, além de apresentar comportamento majoritariamente elastoplástica.

The aerospace, naval and automotive sectors are gradually incorporating structures composed of sandwich panels into their products and solutions, especially when there is a need for high rigidity and mechanical resistance, thermal stability and acoustic insulation. In fact, structures composed of thin faces of fiberglass/polyester resin laminates and a cellular honeycomb polypropylene core are being widely used in the automotive and road implement industry. The material of the faces provides high resistance to tensile and compressive loads, while the polymeric honeycomb core increases the area's moment of inertia, without considerably increasing the structure's mass, with high flexural and shear strength. Despite the benefits already listed, this type of structure is still poorly understood in terms of stiffness, loads and failure modes. For this reason, conducting experimental tests, in particular core compression and bending of sandwich panels, and the elaboration of numerical models are interesting to better understand the behavior of sandwich panels, thus increasing the technical support for their greater use. Therefore, this dissertation has as main objective to develop numerical models of sandwich panels, consisting of bidirectional fabric faces of E-type glass fiber and polyester resin and honeycomb core of circular polypropylene cells, in order to know the behavior of this material. structure of great applicability in the industry. The numerical results were compared with the experimental ones for these sandwich panels and it was verified that the generated models, both for compression and for bending at three points, were effective in predicting the behavior of the materials, the latter having greater influence on the difference between experimental and numerical curves. Another finding was that when increasing the distance between supports in a bending test, the load tends to reduce by up to 42%, in addition to presenting mostly elastoplastic behavior.