Estudo de incompressibilidade em materiais compósitos transversalmente isotrópicos

Abstract

A análise de materiais compósitos transversalmente isotrópicos é essencial em engenharia, especialmente em setores como aeroespacial e automotivo, devido à sua combinação de leveza e robustez. No entanto, a incompressibilidade desses materiais apresenta desafios significativos na modelagem e análise de suas propriedades. Este trabalho visa explorar a influência da incompressibilidade nas propriedades mecânicas desses compósitos, dividindo o estudo em duas partes. Primeiro, foi realizada uma comparação entre propriedades obtidas por leis de mistura e simulações numéricas, destacando a discrepância entre modelos teóricos que ignoram e aqueles que consideram a incompressibilidade. Em seguida, propôs-se uma equação generalizada para a rigidez do compósito, considerando parâmetros como coeficiente de Poisson, fração de volume e ângulo da fibra. A conclusão revelou que modelos tradicionais podem subestimar o impacto da incompressibilidade, e a equação proposta permite uma análise mais precisa das propriedades mecânicas. Estudos futuros devem investigar o comportamento dessas propriedades com altas frações de volume de fibra e um equacionamento que considere não linearidades geométricas

The analysis of transversely isotropic composite materials is essential in engineering, especially in sectors such as aerospace and automotive, due to their combination of lightness and robustness. However, the incompressibility of these materials presents significant challenges in modeling and analyzing their properties. This work aims to explore the influence of incompressibility on the mechanical properties of these composites, dividing the study into two parts. First, a comparison was made between properties obtained through mixing laws and numerical simulations, highlighting the discrepancy between theoretical models that ignore and those that consider incompressibility. Next, a generalized equation for the composite stiffness was proposed, considering parameters such as Poisson's ratio, volume fraction, and fiber angle. The conclusion revealed that traditional models might underestimate the impact of incompressibility, and the proposed equation allows for a more accurate analysis of mechanical properties. Future studies should investigate the behavior of these properties with high fiber volume fractions and a formulation that accounts for geometric nonlinearities