Homogeneização de propriedades termoelásticas de materiais compósitos

Abstract

A modelação numérica detalhada do comportamento termomecânico de componentes estruturais constituídos por materiais compósitos requer geralmente o conhecimento prévio das suas propriedades macroscópicas. Por um lado, através de modelos analíticos é possível obter estimativas para os valores das propriedades efectivas dos materiais, assim como majorantes e minorantes para esses valores. Por outro lado, é possível utilizar métodos de natureza numérica, de entre os quais se destaca a homogeneização por expansão assimptótica. O recurso a metodologias de homogeneização pode trazer benefícios computacionais bastante significativos. Esta técnica permite a substituição de um meio heterogéneo por um meio homogéneo equivalente, permitindo, assim, a obtenção de leis de comportamento macroestruturais a partir de informação relativa ao nível microestrutural. Neste trabalho procede-se a um estudo comparativo das propriedades termoelásticas de materiais compósitos obtidas através de procedimentos numéricos de homogeneização por expansão assimptótica e de modelos analíticos com resultados experimentais obtidos a partir de fontes bibliográficas.

ABSTRACT: The detailed numerical modelling of the thermomechanical behaviour of structural components built from composite materials requires, in general, the previous knowledge of their macroscopic properties. With analytical models it is possible to estimate effective properties of materials, as well their upper and lower bounds. On the other hand, numerical methods can also be used in this task, being the asymptotic expansion homogenisation method one of the most relevant ones. The use of homogenisation methodologies may lead to significant computational benefits. This technique permits the replacement of a heterogeneous medium by an equivalent homogeneous medium, leading to macrostructural behaviour models based on the information available from microstructural level. In this work, numerical asymptotic expansion homogenisation procedures are used to obtain the effective values of thermomechanical properties of composite materials. These values are compared with the ones obtained with analytical models and with experimental values obtained from bibliography.