Desenvolvimento de uma ferramenta para cálculo de estruturas em material compósito

Os desafios à engenharia moderna são cada vez maiores, pretendendo-se quase sempre obter estruturas mais leves, com propriedades mecânicas atrativas e muitas vezes com geometrias complexas. Com tais requisitos, um dos materiais que tem vindo a ter uma crescente aplicação é o material compósito. Contudo, no que toca ao cálculo estrutural destes materiais, tudo se torna mais complexo, já que são materiais que geralmente são formados por empilhamento de várias camadas de material heterogéneo, podendo estas encontrarem-se dispostas segundo diferentes orientações. Assim, a utilização de um software que permita a previsão das propriedades mecânicas de uma estrutura em material compósito através da micromecânica, a aplicação da Teoria Clássica dos Laminados e de um critério de rotura, como por exemplo o de Tsai-Hill, é fundamental para agilizar o processo de estudo da estrutura a fabricar. Para dar uma resposta a tal necessidade foi desenvolvida uma aplicação, em MATLAB® GUI, denominada CAFE – Composite Analysis For Engineers, com ambiente gráfico apelativo, que permite determinar todas as variáveis importantes no estudo de estruturas em material compósito. Esta aplicação visa suportar e agilizar a aprendizagem desta área do conhecimento, permitindo também o acesso ao código de cálculo por parte do utilizador, de modo a conhecerem-se as equações utilizadas e, eventualmente, ser alvo de futuros desenvolvimentos. O programa desenvolvido foi alvo de validação, recorrendo-se para tal, a uma comparação dos resultados obtidos entre o respetivo programa e por um outro programa de grande fiabilidade. Assim sendo, concluiu-se que o software CAFE apresenta resultados válidos, encontrando-se apto a ser utilizado.

With the challenges of modern engineering growing bigger and bigger, lightweight structures with attractive mechanical properties and often with complex geometries are increasingly required. Due to these requirements, fiber-reinforced composites have gained preponderance over conventional engineering materials. However, the structural design of these materials is quite complex, because they generally consist of stacked layers of heterogeneous laminas, typically aligned in different orientations. Thus, the use of a software that allows the evaluation of the mechanical properties of a composite structure by micromechanics, the application of Classical Laminate Theory and a failure criterion, eg. Tsai-Hill, is essential to accelerate the design process of a structure to be manufactured. To comply with these requirements, an application with graphical user-friendly environment was developed in MATLAB ® GUI, named CAFE - Composite Analysis For Engineers, which outputs all the important variables in the study of composite structures. This program aims to support the learning of this knowledge area, allowing access to program code, inclusively providing users fast access to design expressions and making possible future developments. The validation of the developed software has been done, making for this purpose a comparison between the results, ones obtained by CAFE and others obtained by a reliable well known program. It was possible to conclude that results obtained by CAFE are valid, which means that this program is approved to be used.