Software educativo para o estudo de critérios e envelopes de falha em materiais compósitos

Abstract

É uma clara tendência tecnológica propor e testar novos materiais como substitutos daqueles usados tradicionalmente pela humanidade na construção de objetos e estruturas de uso cotidiano, mas as limitações destes materiais constituem um verdadeiro desafio de engenharia. Com o intuito de evoluir e melhorar o ensino dos critérios e envelopes de falha mecânica, foi desenvolvido esta ferramenta útil nas disciplinas de "mecânica de materiais compósitos”. As principais ferramentas informáticas usadas foram o framework Django,como ferramenta principal para arquitetar o software, e as linguagens de programação python, html, java para Android, javascript, jquery, e MATLAB com o intuito de acompanhar os lineamentos computacionais deste projeto. Foram implementados os critérios de falha de uso comum no ambiente acadêmico e industrial: máxima tensão, máxima deformação, Tsai-Hill, Azzi-Tsai, Tsai-Wu, Hoffman, Hashin, Cristensen, Puck e Larc03. A implementação foi testada usando números aleatórios e várias proposições matemáticas deduzidas e formuladas durante a revisão bibliográfica. O estudo aprofundado da geométrica analítica, relacionada com estes envelopes de falha, permitiu construir algoritmos cujas saídas superam a qualidade gráfica de alguns softwares tradicionais os quais se limitam a implementar algoritmos tradicionais de computação gráfica gerando envelopes com distorções não desejadas. Foram construídas interfaces gráficas considerando princípios pedagógicos convenientes para o ensino da teoria de mecânica das lâminas onde o contraste entre os diversos critérios e envelopes de falha, mediante a técnica de representação simultânea num único gráfico, facilita as aulas explicativas e comparativas. Este módulo é acessível pela internet mediante controles de acesso personalizados e permite que o usuário reproduza localmente os cálculos de critério de falha e envelopes mediante os códigos MATLAB disponibilizados. A versão Android se vincula com este módulo Django mediante o sistema de espelhado que permite refazer os cálculos no servidor WEB.

It is a clear technological trend to propose and test new materials as substitutes of those traditionally used by mankind in the construction of objects and structures but the limitations of these materials are a real challenge of engineering. In order to evolve and improve the teaching of criteria and envelopes of mechanical failure, was developed this useful tool to the disciplines of "mechanics of composite materials". The main computer tools used were the framework Django, as a main tool for architecting software, and programming languages python, html, java for Android, javascript, jquery, and MATLAB with the intention of follow the computational guidelines of this project. Common use criteria, in academic and industrial environments, were implemented: maximum stress, Maximum deformation, Tsai-Hill, Azzi-Tsai, Tsai-Wu, Hoffman, Hashin, Cristensen, Puck and Larc03. The implementation was tested using random numbers and several propositions mathematics deduced and formulated during the bibliographic review. The in-depth study of the analytical geometry, related to these failure envelopes, allowed to construct algorithms whose outputs exceed the graphic quality of some traditional software. which are limited to implementing traditional algorithms of computer graphics generating envelopes with unwanted distortions. Graphical interfaces were constructed considering pedagogical principles suitable for the teaching of blade mechanics theory where the contrast between the various failure criteria and envelopes, through the simultaneous representation in a single graph, facilitates explanatory and comparative classes. This module is accessible through the Internet through personalized access controls and allows that the user reproduce the fault criterion calculations and envelopes locally using the available MATLAB codes. The Android version links to this Django module through the mirror system that allows to redo the calculations in the WEB server.