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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23817| Título: | Avaliação Numérica de propriedades elásticas de estruturas celulares |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical evaluation of elastic properties in cell structures |
| Autor(es): | Moll, Claudine Hohmann, Eduardo Fressato |
| Orientador(es): | Luersen, Marco Antônio |
| Palavras-chave: | Análise elástica (Engenharia) Método dos Elementos Finitos Elasticidade - Propriedades mecânicas Elastic analysis (Engineering) Finite element method Elasticity - Mechanical properties |
| Data do documento: | 5-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | MOLL, Claudine; HOHMANN, Eduardo Fressato. Avaliação Numérica de propriedades elásticas de estruturas celulares. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | Desde o princípio dos processos industriais e da manufatura de produtos em série se procurou conferir melhores propriedades aos materiais ou componentes. Com frequência essas propriedades eram obtidas por meio da seleção, mistura ou transformação dos materiais. Selecionava-se, por exemplo, uma liga de aço tratada termicamente, a fim de atingir os requerimentos necessários. O projeto estrutural era considerado apenas na visão macro, ou seja, focado para atender o formato geométrico do produto e a sua devida função. Com a crescente demanda por estruturas mais leves e resistentes, passou-se a considerar os efeitos da disposição numa visão micro do projeto estrutural de peças e materiais. Surgiu, assim, uma tendência para a utilização de estruturas celulares. Esse tipo de estrutura se caracteriza pela repetição de formas geométricas em torno de núcleos vazios. Isto é, as arestas desta forma geométrica escolhida são os elementos que realmente compõem o material. Isso possibilita não só a economia do material, mas a redução da massa total do produto final, tornando mais leve. Tais estruturas apresentam diversas vantagens quanto às propriedades elásticas e vêm sendo desenvolvidas e aplicadas em diversos setores da indústria, tais como o automotivo, aeronáutico e aeroespacial. Porém, o conhecimento das propriedades desses tipos de estrutura ainda é superficial e não se encontra devidamente documentado. Portanto, o estudo e as possíveis aplicações dos diversos tipos e variações de estruturas celulares tem se mostrado um assunto de grande interesse no cenário industrial e econômico atual. Em função disso, utilizando-se técnicas computacionais, como o método de elementos finitos em conjunto com a ferramenta Abaqus e o método de planejamento de experimentos (Design of Experiments), a proposta do presente trabalho é realizar uma avaliação comparativa dos módulos de elasticidade e coeficiente de Poisson da estrutura celular hexagonal, em função da variação dos parâmetros geométricos de ângulo de célula, tamanho de célula e densidade volumétrica. O escopo do trabalho compreende a averiguação, por meio dos resultados de diversas simulações, da influência, se existente, desses parâmetros nas propriedades mencionadas. Com isso, buscou-se estabelecer uma base teórica suficiente para definir a escolha propícia de geometria desse tipo de estrutura celular (honeycomb) para cada finalidade ou requerimento de projeto desejados. O presente estudo confirmou a grande influência do ângulo de célula no coeficiente de Poisson e da densidade volumétrica no módulo de Young, porém não foi possível gerar equações mais precisas para a estimação destas propriedades. |
| Abstract: | Since the beginning of industrial processes and techniques of mass production, it has been desired to give the best properties to the materials and components made. Frequently, these properties were obtained by selection, mixture or transformation of materials. Could be selected, for example, a heat-treated steel alloy, in order to meet the necessary requirements. The structural design was considered only in a macro view, focused on meeting the geometric shape of the product and its proper function. With a growing demand for lighter and more resistant structures, the industry began to consider the effects of arrangement in a micro view of the structural design of parts and materials. Thus, a tendency emerged for the use of cellular structures. This type of structure is characterized by the repetition of geometric shapes around empty cores. That is, the edges of this chosen geometric shape are the elements that actually make up the material. This makes it possible not only to save material, but to reduce the total mass of the final product, making it lighter. Such structures have several advantages when it comes to elastic properties and are being used and applied in various industry sectors, such as automotive, aeronautics and aerospace. However, knowledge of the properties of these types of structures is still superficial and not properly documented. Therefore, the study and possible applications of various types and setups of cellular structures are shown as a subject of great interest in the current industrial and economic scenario. Because of this, using computational techniques, such as the finite element method in conjunction with the Abaqus tool and the design of experiments technique (DOE), the proposition of the present study is to perform a comparative evaluation of the Young modulus and Poisson coefficient of the hexagonal cellular structure (also known as honeycomb), as a function of the variation of geometric parameters of cell angle, cell size and volumetric density. The scope of the study includes the evaluation, through results of various simulations, of influence, if there is any, of these variations on the mentioned properties. With that, it is desired to establish a theoretical base, sufficient to aid on the choice of a proper geometry of this type of cellular structure (honeycomb) for possible applications and project requirements. The present study has confirmed the great influence of the cell angle in the Poisson coefficient and of the volumetric density in the Young modulus. It was not possible, though, to obtain more accurate equations for estimating this properties. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23817 |
| Aparece nas coleções: | CT - Engenharia Mecânica |
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