Programa computacional para modelagem de cascas de materiais compostos com análise acoplada de viscoelasticidade e falhas progressivas

Abstract

Neste trabalho apresenta-se um programa computacional para análise de cascas laminadas de materiais compostos reforçados por fibras com consideração de viscoelasticidade e falhas progressivas. O modelo numérico baseia-se em uma descrição cinemática incremental Lagrangeana Total e em elementos finitos tridimensionais degenerados deduzidos para a análise de cascas. A formulação apresentada permite realizar análises lineares e não lineares de estruturas laminadas feitas de materiais elásticos e viscoelásticos lineares, com deslocamentos arbitrariamente grandes e pequenas deformações. Para análise não linear utilizam-se os métodos de Newton-Raphson e de Controle por Deslocamentos Generalizados. A análise de falhas progressivas é realizada através de modelos de degradação da rigidez do material e as falhas nas lâminas são detectadas por meio dos critérios de falha macroscópicos de Hashin, Lee e Máxima Deformação. São consideradas falhas nas fibras, na matriz e por delaminação. Apresentam-se, ainda vários exemplos de aplicações da presente formulação, como análise de flexão e flambagem para estruturas de materiais elásticos e viscoelásticos com consideração de falhas progressivas e não linearidades geométricas.

This work presents a computational program for the progressive failure analysis in laminated composite shells reinforced by fibers. The numerical model is based on a Total Lagrangean incremental description and a degenerated three-dimensional finite element derived for shell analysis. The formulation is applied to linear and non-linear analysis of composite structures made of elastic and linear viscoelastic materials with arbitrarily large displacements and small strains. Newton-Raphson and Generalized Displacement Control Methods are used in nonlinear analysis. The progressive failure analysis is accomplished using material stiffness degradation models and the layer failures are detected by macroscopic failure criteria of Hashin, Lee and maximum strain. Fiber failure, matrix failure and delamination are considered. Several examples of the application of the present formulation are presented, like bending and buckling of structures made of elastic and viscoelastic materials with progressive failures and non linear analysis.