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Comportamento mecânico da madeira sob solicitações de modo misto

Publication . Oliveira, Jorge Marcelo Quintas de; Moura, Marcelo Francisco de Sousa Ferreira de; Morais, José Joaquim Lopes; Fael, Paulo Manuel Oliveira

Neste trabalho desenvolveram-se métodos analíticos, numéricos e experimentais para a caracterização da madeira à fractura sob solicitações de modo misto I+II. Para tal analisou-se a aplicabilidade de diferentes métodos de ensaio usados na caracterização de materiais compósitos. Os ensaios End Loaded Split – Mixed Mode (ELS-MM) e Single Leg Bending (SLB) são de fácil execução mas propiciam uma baixa amplitude de variação dos rácios de modo misto. Foi projectada e construída uma versão do sistema de amarras usado no ensaio Mixed-Mode Bending (MMB), tendo sidos testados numa primeira fase dez rácios de modo misto. Para ultrapassar as dificuldades relacionadas com a monitorização do comprimento de fenda durante os ensaios, usou-se um procedimento de tratamento de resultados experimentais baseado no conceito de fenda equivalente. Este método, apelidado de Compliance Based Beam Method (CBBM) permite a obtenção de curvas de resistência e das taxas críticas de libertação de energia evitando a medição do comprimento de fenda durante a sua propagação. Foram realizados ensaios de fractura e simulações numéricas de provetes DCB (Double Cantilever Beam) e ENF (End Notched Flexure) que permitiram obter as propriedades de fractura em modos puros (I e II) e validar o método de tratamento de resultados, que foi posteriormente aplicado ao ensaio MMB. Os resultados obtidos nos ensaios ELSMM, SLB e com as diferentes combinações de modo misto usadas na primeira fase de ensaios MMB permitiram obter uma lei de comportamento da madeira em modo misto e revelaram que o critério de propagação linear é adequado para representar os resultados experimentais no espaço GI-GII. Na segunda fase deste trabalho, pretendeu-se identificar as leis coesivas em modo I, modo II e modo I+II para a madeira. O método de identificação estudado baseia-se na resposta mecânica global dos provetes e na medição da abertura da fenda na vizinhança da sua extremidade (Crack Opening Displacement - COD) a partir do campo dos deslocamentos medido nessa região recorrendo à correlação digital de imagem. As leis coesivas resultam da derivação das taxas de libertação de energia (determinadas por aplicação do método CBBM) em ordem ao COD. O método de identificação das leis coesivas foi validado numericamente recorrendo à simulação por elementos finitos incluindo modelos coesivos. Este método revelou-se eficaz para determinar as leis coesivas em modos puros, embora haja algumas questões a resolver em trabalho futuro. Na segunda série de ensaios MMB foram seleccionadas quatro razões de modo misto com vista à identificação das leis coesivas em modo misto através do método de Högberg (Högberg 2006) e os resultados obtidos mostraram que a razão de modo misto local, determinada pelos deslocamentos de abertura de fenda em modo I e em modo II, não é controlada pela razão de modo misto global (GI/GII), nem é constante ao longo de um ensaio. Pode-se afirmar, como conclusão que o presente trabalho pode ser visto como uma importante contribuição para a definição de procedimentos adequados para uma correcta caracterização à fractura da madeira.

2017-05Doctoral thesis

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