[en] AN AXISYMMETRIC FINITE ELEMENT FORMULATION FOR THE ANALYSIS OF LAMINATED COMPOSITE TUBES

• Main Author: GUILHERME PINTO GUIMARAES
• Other Authors: CARLOS ALBERTO DE ALMEIDA
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2006
• Subjects: [pt] ELEMENTOS FINITOS; [en] FINITE ELEMENTS; [pt] ESTRUTURA LAMINADA; [en] LAMINATED STRUCTURE; [pt] MODELO AXISSIMETRICO; [en] AXISYMMETRIC MODEL
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=9239@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=9239@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.9239

[pt] O emprego de materiais compósitos em estruturas tem ganhado importância na prática da engenharia devido às suas características de alta resistência mecânica, baixa densidade e boa estabilidade a efeitos térmicos. Uma das classes de compósitos, a de laminados fibrosos, pode ser utilizada em tubulações sujeitas às diversas formas de carregamentos, como pressão interna e/ou externa, tração longitudinal, torção, temperatura, etc. O presente Trabalho tem por objetivo propor, implementar e testar a formulação de um modelo de elemento finito axissimétrico, para a representação do comportamento de um tubo laminado por camadas de materiais compósitos fibrosos. A modelagem consiste em representar a seção geratriz de um tubo cilíndrico por um elemento quadrilateral de quatro nós, com três graus de liberdade por nó, com os deslocamentos nodais tomados em relação aos eixos de um sistema cilíndrico de coordenadas. Considera-se a perfeita adesão das camadas, garantindo a continuidade do campo de deslocamentos. Modelos constitutivos de materiais com o comportamento ortotrópico e/ou o transversalmente isotrópico foram implementados, obtendo-se respostas para os campos de deslocamentos, de deformações e de tensões atuantes. Na validação do modelo numérico, considerou-se a comparação de seus resultados com os de soluções analíticas, disponíveis na literatura, e aqueles fornecidos por um programa comercial de elementos finitos, empregando o modelo com elementos sólidos. Foram propostos, para os testes em ambos os casos, exemplos de laminados com uma a quatro camadas, com fibras orientadas em diferentes ângulos. Destas comparações, verifica-se uma boa convergência das soluções numéricas obtidas com o presente modelo, representativo das principais características cinemáticas da classe de problemas representada. === [en] The use of composite materials in structures has grown in the engineering practice due to its characteristics, of high strength, low density and a good stability to thermal effects. A class of composites, the fibrous laminates, is generally used in tubes subjected to many types of loadings as internal and/or external pressure, traction, torsion, temperatures, etc. This work has the objectives to propose, implement and test an axisymmetric finite element model formulation that represents the mechanical behavior of a fibrous laminated composite tube. Modeling consists in representing the cylindrical tube generating section by a quadrilateral element with four nodes and three degrees-of-freedom per node, with three nodal displacements defined in a cylindrical coordinate system. Layers are considered perfectly bonded together, assuring continuity between elements on the displacement fields. Orthotropic and/or transverse isotropic constitutive material models were implemented, allowing solutions for displacement, strain and stress fields. In the element numerical model validation, result comparisons with those from analytical solutions available on literature and those from the use of layered solid elements in a commercial finite element program were considered. Some examples, considering one to four layers, with different fiber angles, were proposed for model testing. It is noted a good numerical convergence for the presenting model solutions which represent the main kinematic characteristics for this class of problems.