As camadas helicoidais geradas no processo de fabricação de um compósito polimérico por bobinamento filamentar exercem um papel importante em componentes estruturais fabricadas por esse processo, pois ela é responsável em proporcionar resistência mecânica axial e a flexão a estrutura. No aspecto construtivo, o método de bobinamento cruzado, forma regiões que se assemelham a mosaicos em formato de um losango. A geração desses mosaicos, muitas vezes não são considerados nas análises de cálculo estrutural, e quando considerados, geralmente são modelados por meio de elementos de casca. Os modelos em casca permitem representar de forma satisfatória o tamanho e formato desses mosaicos, porém são incapazes de representar de maneira fidedigna as regiões de entrelaces devido as suas limitações geométricas. Neste presente trabalho foi desenvolvido um modelo numérico tridimensional micro mecânico por meio de ferramentas de elementos finitos que pudesse representar de modo mais fiel as regiões de entrelaces, além disso, foi desenvolvido um modelo em casca com as mesmas formas geométricas e configurações de camadas do modelo tridimensional a fim de verificar a diferença de tensão e deformação entre esses dois modelos, aplicando nessas estruturas um carregamento de pressão puramente radial. Foi realizado um ensaio experimental de análise dinâmica modal e uma modal numérica para verificar se existem mudanças na rigidez das estruturas quando se modifica seu padrão de bobinagem. Foi verificado que as tensões nas camadas helicoidais dos modelos tridimensionais se comportaram diferente dos modelos em casca nas regiões de entrelace, identificando-se na primeira, tensões de compressão e valores de tensões a tração superiores as dos modelos em casca. Esses resultados indicam que essas zonas são regiões propensas a iniciar falhas, o que destaca a importância das abordagens tridimensionais para o dimensionamento de estruturas com esse tipo de arranjo. Os modelos tridimensionais oferecem resultados mais confiáveis ao considerar as regiões de entrelaces, pois essas regiões podem ser propensas a falhas. Na análise modal numérica e experimental foi verificado que o comportamento dinâmico não foi alterado quando se modificaram os padrões de bobinagem.

The helical layers generated in the manufacturing process of a composite polymer through filament winding play an important role in structural components manufactured using this process, as they are responsible for providing axial mechanical strength and flexural resistance to the structure. From a construction perspective, the cross-winding method forms regions resembling mosaics in a diamond shape. The generation of these mosaics is often not considered in structural calculation analyses, and when they are, they are typically modeled using shell elements. Although shell models adequately capture the size and shape of these mosaics, due to their geometric limitations, they are incapable of faithfully representing the interlace regions. In this study, a three-dimensional micro-mechanical numerical model was developed using finite element tools, to more accurately represent the interlace regions. Additionally, a shell model with the same geometric shapes and layer configurations as the three-dimensional model was developed to compare stress and deformation differences between the two models. Both models were subjected to a radial uniaxial pressure load. It was observed that the stresses in the helical layers of the three-dimensional models behaved differently from the shell models in the interlace regions. In the former, higher compression stresses and tensile stress values were identified than those in the shell models. Such results indicate that these zones are susceptible to initiating failures, highlighting the importance of three-dimensional approaches for designing structures with this type of arrangement. Three-dimensional models provide more reliable results when considering interlace regions, as these areas may be prone to failure.