Formulação de elemento finito posicional para modelagem numérica de vigas constituídas por compósitos laminados
GEOVANNE VIANA NOGUEIRA1; RODRIGO RIBEIRO PACCOLA1; HUMBERTO BREVES CODA1
1 Escola de Engenharia de São Carlos - Universidade de São Paulo
doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0446
Resumo
A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos por materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho propõe um elemento finito posicional para modelagem de vigas laminadas cuja cinemática permite a ocorrência de giros independentes e variação de espessura das lâminas. O elemento permite considerar a não linearidade geométrica originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, mas no regime de deformações moderadas por conta da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff que é adotada. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos de vigas laminadas com diferentes relações vão/altura demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado concordaram bem com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando elementos finitos bidimensionais em discretizações bastante refinadas.
Palavras-chave: Elemento finito posicional; Compósito laminado; Não linearidade geométrica