Theoretical and experimental dynamic analysis of beams manufactured from polymer reinforced composites.

Os materiais compósitos (composites) poliméricos reforçados são bem conhecidos por sua excelente combinação de alta rigidez estrutural e baixo peso. Sua inerente anisotropia permite ao projetista customizar as propriedades do material juntamente com as características geométricas e funcionais da peça de maneira a se obter o desempenho desejado. Desta forma, é de fundamental importância que o projetista disponha de ferramentas de auxílio para análise e otimização que possibilitem dimensionar de modo rápido e seguro a peça a ser fabricada considerando-se os requisitos estruturais, características funcionais e restrições impostas pelo processo de fabricação. Dentre esses requisitos, considera-se o comportamento dinâmico de componentes fabricados a partir destes materiais. Sendo assim, confeccionou-se amostras na forma de vigas através do processo de hand-lay-up (moldagem manual) seguido de uma moldagem sob pressão e aquecimento. Um banco de ensaios foi montado com amostras a base de resina epoxi e fibra de vidro possuindo diferentes sequências de empilhamento de lâminas para a realização de uma análise modal. A partir dos resultados obtidos experimentalmente, buscou-se verificar a influência da sequência de empilhamento das lâminas nas frequências naturais e nos fatores de amortecimento modal. Tais experimentos foram também utilizados para validar os resultados do modelo teórico proveniente de uma análise numérica realizada pelo método dos elementos finitos. Finalizando, o trabalho propõe um ciclo de desenvolvimento de projeto para estes componentes integrando procedimentos de simulação numérica e experimentais visando a otimização do projeto do componente com maior rapidez, confiabilidade e menor custo.The composite materials are well known by their excellent combination of high structural stiffness and low weight. Their inherent anisotropy allows the designer to tailor the material in order to achieve the desired performance requirements. Thus, it is of fundamental importance to develop tools that allow the designer to obtain optimized designs considering the structural requirements, functional characteristics and restrictions imposed by the production process. Within these requirements, this work considers the dynamic behavior of components manufactured from polymer reinforced materials (epoxy and glass fiber). To this end, some beams were made using the hand-lay-up process followed by a molding under pressure and heating. A set of experimental dynamic tests were carried out using samples with different fiber orientations and stacking sequences. From the results, the influence of the fibers orientations as well as the stacking sequences on the natural frequencies and modal damping were investigate. Also, these experiments were used to validate the theoretical model and the results obtained from the finite element analysis. Finally, it was proposed a design cycle which integrates experimental and theoretical procedures in order to get optimized designs in a faster and reliable way