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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26188| Tipo de Documento: | Dissertação |
| Título : | Vigas sanduíche compósitas funcionalmente graduadas reforçadas com fibras, modeladas via função ziguezague modificada com continuidade da tensão de cisalhamento |
| Autor : | Mota, Thyago Andrade |
| Fecha de publicación : | 13-ago-2026 |
| Director(a): | Rocha, Fábio Carlos da |
| Resumen: | Vigas sanduíche compósitas têm sido amplamente empregadas em diferentes áreas da engenharia devido às suas propriedades estruturais vantajosas, como elevada resistência mecânica, alta relação rigidez–massa e boa durabilidade, o que favorece sua ampla aplicação nas engenharias civil, aeronáutica e aeroespacial. Nesse contexto, vigas sanduíche compósitas reforçadas com fibras longas destacam-se por proporcionarem estruturas com elevada resistência e rigidez. Contudo, esses laminados podem estar suscetíveis à delaminação devido à heterogeneidade das propriedades entre as camadas. Como alternativa, os materiais funcionalmente graduados ganham destaque por possibilitarem uma variação contínua das propriedades mecânicas, reduzindo descontinuidades nas interfaces. No âmbito dos laminados, a descrição precisa dos campos de deslocamento e a representação adequada da variação das tensões de cisalhamento entre as camadas ainda constituem um desafio, inclusive para diversas teorias de viga de alta ordem. Deste modo, neste trabalho apresenta-se uma formulação baseada na teoria refinada de ziguezague, na qual se propõe uma função ziguezague modificada capaz de reproduzir naturalmente a continuidade das tensões de cisalhamento. O modelo foi aplicado à análise de diferentes configurações de vigas sanduíche, incluindo laminados reforçados com fibras, laminados cross-ply, vigas homogêneas e vigas sanduíche com núcleo funcionalmente graduado. Para vigas sanduíche reforçadas por fibras, investigou-se a influência da esbeltez, da sequência do empilhamento e da relação entre as espessuras das camadas. Para a viga sanduíche com núcleo funcionalmente graduado, avaliou-se apenas o deslocamento vertical no meio do vão sob carregamento concentrado, por carência de outros campos de respostas na literatura. Na formulação, foram consideradas separadamente as hipóteses de Estado Plano de Tensão e Estado Plano de Deformação, abrangendo o regime elástico-linear. Além disso, as equações governantes foram derivadas a partir do Princípio de Lagrange e resolvidas pelo método de Ritz. Os resultados apresentaram boa concordância com soluções analíticas, experimentais e dados de referência da literatura para diferentes configurações de vigas sanduíche, evidenciando a capacidade da formulação em representar adequadamente os campos de tensões e deslocamentos. Por fim, a formulação mostrou-se capaz de reproduzir a continuidade das tensões de cisalhamento em vigas sanduíche reforçadas com fibras e com núcleo funcionalmente graduado, contribuindo para reduzir uma lacuna identificada na literatura. Apesar dos avanços obtidos, ainda há escassez de estudos experimentais que permitam comparações mais abrangentes. |
| Resumen : | Composite sandwich beams have been widely employed in different engineering fields due to their advantageous structural properties, such as high mechanical strength, high stiffness-to weight ratio, and good durability, which favor their widespread application in civil, aeronautical, and aerospace engineering. In this context, composite sandwich beams reinforced with continuous fibers stand out for providing structures with high strength and stiffness. However, these laminates are susceptible to delamination due to the heterogeneity of the material properties across the layers. As an alternative, functionally graded materials have attracted considerable attention because they provide a continuous variation of material properties, thereby reducing interfacial discontinuities. Nevertheless, within laminated structures, the accurate prediction of displacement fields and the proper representation of the variation of transverse shear stresses across the layers remain challenging tasks, even for several higher-order beam theories. Accordingly, this work presents a formulation based on refined zigzag theory, in which a modified zigzag function is proposed to naturally capture the continuity of shear stresses. The proposed model was applied to the analysis of different sandwich beam configurations, including fiber-reinforced laminates, cross-ply laminates, homogeneous sandwich beams, and sandwich beams with functionally graded cores. For fiber reinforced sandwich beams, the influence of the slenderness ratio, stacking sequence, and layer thickness ratio was investigated. For sandwich beams with functionally graded cores, only the mid-span vertical displacement under a concentrated load was evaluated due to the lack of additional reference response fields available in the literature. The formulation was developed separately under the assumptions of plane stress and plane strain within the framework of linear elasticity. Furthermore, the governing equations were derived using Lagrange's Principle and solved through the Ritz method. The results showed good agreement with analytical solutions, experimental results, and reference data available in the literature for different sandwich beam configurations, demonstrating the capability of the proposed formulation to accurately predict displacement and stress fields. Finally, the proposed formulation was shown to accurately reproduce the continuity of transverse shear stresses in both fiber-reinforced and functionally graded sandwich beams, thereby contributing to reducing a gap identified in the literature. Despite the advances achieved, there is still a lack of experimental studies allowing for more comprehensive comparisons. |
| Palabras clave : | Vigas sanduíches Teoria ziguezague Modelo de viga de alta ordem Continuidade de Tensão de Cisalhamento Sandwich beams Zigzag theory Higher-order beam model Shear stress continuity Fiber reinforced composite |
| Área CNPQ: | ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL |
| Patrocinio: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES |
| Idioma : | por |
| Institución: | Universidade Federal de Sergipe (UFS) |
| Programa de Posgrado: | Pós-Graduação em Engenharia Civil |
| Citación : | MOTA, Thyago Andrade. Vigas sanduíche compósitas funcionalmente graduadas reforçadas com fibras, modeladas via função ziguezague modificada com continuidade da tensão de cisalhamento. 2026. 192 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026. |
| URI : | https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/26188 |
| Aparece en las colecciones: | Mestrado em Engenharia Civil |
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