Finite element analyses of bonded composite patch

Reparos estruturais são frequentemente utilizados para restauração da resistência original de estruturas que apresentem alguma falha considerando critérios associados à integridade estrutural ou à alteração de alguma capacidade inicial do projeto. As principais aplicações na engenharia são: em estruturas aeronáuticas, na recuperação de pontes e em dutos da indústria de petróleo e gás. Neste trabalho, estuda-se o comportamento mecânico de reparos estruturais manufaturados em materiais isotrópicos e compósitos. Duas técnicas de fixação dos reparos são consideradas: rebitagem para os reparos metálicos e colagem para os reparos metálicos e compósitos. Os critérios de falha considerados são: critérios da energia de distorção de von Mises e critério de fratura frágil linear elástica. O objetivo principal é o desenvolvimento de métodos de predição numérica do comportamento mecânico dos reforços estruturais levando-se em conta a modelagem das falhas na estrutura original, dos reparos adicionados e da técnica de adesão utilizada. As aplicações propostas envolvem análise numérica de chapas e placas homogêneas e de materiais compósitos. A técnica numérica selecionada é o método dos elementos finitos, que é empregado para os casos de estado plano de tensão e de flexão de placas delgadas. Critérios de desempenho relativo são propostos para auxiliar na análise e otimização de estruturas trincadas, reparadas pelo uso de chapas em compósito coladas. Para a modelagem do adesivo, são utilizadas formulações de parâmetros concentrados equivalentes, sendo que as tensões normais e cisalhantes são avaliadas na região dos adesivos. Exemplos bidimensionais e tridimensionais foram implementados para validar a metodologia proposta. Finalmente, as conclusões são apresentadas e sugestões de investigações futuras são propostasStructural repairs are often used to restore the original strength of structures that present failure associated with structural integrity or the modification of any initial capacity. The main applications in engineering are: aeronautical structures, the rehabilitation of bridges and pipelines in the oil and gas industry. This work present an analysis of the mechanical behavior of structural repairs manufactured in isotropic or composites material. Two techniques for join the repairs are considered: riveting for metallic repairs and bonding for metallic and composite repairs. The considered failure criteria are: the criteria of distortion energy of von Mises and the criteria of fracture mechanics. The main objective is the development of methods for numerical prediction of the mechanical behavior of structural reinforcements considering the failures in the original structure, the repair and the join technique. The proposed applications involve numerical analysis of plates considering isotropic and composite materials. The numerical technique used is the finite elements method, applied to plane stress and bending plates cases. Criteria for relative performance are proposed to assist in the analysis and optimization of cracked structures, repaired by the bonding of composite patchs. For the modeling of the adhesive, a concentrated parameters formulation is used, and the normal and shear stress are evaluated in the adhesive layer. Two-dimensional and three-dimensional examples have been implemented to validate the proposed methodology. Finally, conclusions are presented and suggestions for future research are propose