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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2014.tde-29122014-120343
Document
Author
Full name
Rafael Celeghini Santiago
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Alves, Marcílio (President)
Almeida, Sérgio Frascino Müller de
Karagiozova, Dora Dimanova
Marinucci, Gerson
Tarpani, José Ricardo
Title in Portuguese
Desempenho ao impacto de laminados fibra-metal utilizando reforços termoplásticos.
Keywords in Portuguese
Caracterização dinâmica de materiais
Compósitos termoplásticos
FML
Impacto mecânico
Laminados fibra-metal
Método dos elementos finitos
Abstract in Portuguese
Neste trabalho estuda-se o comportamento de laminados fibra-metal em regime de impacto, a partir de uma abordagem teórica, numérica e experimental. Os materiais estudados consistem em camadas finas intercaladas de alumínio 2024-T4 e de um novo material termoplástico de polipropileno (PP) de alta resistência mecânica. Eventos de impacto de baixa e alta velocidade contra placas destes laminados foram realizados a partir de um martelo de impacto e de um canhão pneumático, respectivamente. Nestes experimentos buscou-se identificar as condições limite de ruptura e perfuração das amostras, assim como parâmetros de comportamento do material. O laminado fibra metal de PP (ou TFML) e seus constituintes foram caracterizados a taxas de deformação entre 10-4 / s e 102 / s, utilizando-se máquinas de ensaio universal comerciais e um dispositivo desenvolvido especificamente para este estudo, capaz de caracterizar materiais em taxas intermediárias de deformação. Os modelos teóricos de Jones e Reid-Wen foram adaptados para utilização com TFMLs, sendo capazes de identificar o comportamento do material em regime de baixa e alta velocidade de impacto, respectivamente. Um modelo numérico do TFML em regime de impacto foi desenvolvido utilizando o programa comercial LSDyna. Resultados experimentais e teóricos foram confrontados com esse, apresentado boa correlação na predição do limiar de falha e limite balístico do material. Uma vez que o comportamento do TFML ao impacto foi modelado, buscou-se identificar o efeito da distribuição de camadas e composição de constituintes no comportamento do material ao impacto. Estudos também foram conduzidos com o intuito de identificar a influência da taxa de deformação, geometria do indentador e localização do impacto no comportamento dos laminados. Por fim, uma configuração de TFML foi proposta visando melhoria de seu desempenho ao impacto.
Title in English
Impact performance of fibre-metal laminates with thermoplastic material.
Keywords in English
Fibre-metal laminates
Finite element models
FML materials
Impact loading
Material dynamic characterization
Thermoplastic composites
Abstract in English
In this work, the behaviour of fibre-metal laminates under impact loading is studied by using theoretical, numerical and experimental approaches. The material is a combination of thin aluminium 2024-T3 layers and an innovative high strength thermoplastic polypropylene material. Low and high velocity impact events were performed using a falling weight machine and a gas-gun projectile launcher, respectively. The thermoplastic fibre-metal laminates (or TFML) and its constituents were mechanically characterized in the range of strain rates between 10-4 / s and 102 / s , using commercial universal testing machines and a specifically designed rig for tensile tests at intermediate strain rates. The Jones and Reid-Wen theoretical models were adapted to be used with TFML plates. A finite element model of the TFML under impact events was developed using LS-Dyna software. The numerical model revalled results that were compared with the theoretical models and the experimental data, providing reasonably similar results. Once the TFML impact behaviour was identified and modelled, the effect of the layers distribution and constituent composition on the TFML impact response was studied. Studies of the strain rate effect, identor geometry and the impact location were also performed. Finally, a TFML configuration was suggested in order to improve the TFML impact performance.
 
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Publishing Date
2015-01-16
 
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