Title

MODELAGEM MICROESTRUTURAL DE COMPÓSITOS AUXÉTICOS COM FIBRAS DE JUTA UTILIZANDO RVE

MICROSTRUCTURAL MODELING OF AUXETIC COMPOSITES REINFORCED WITH JUTE FIBERS USING RVE MODEL

Authorship

JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA; FONTES, JOSÉ CARLOS FERREIRA; SILVA, DOUGLAS SANTOS; CÊA, BERNARDO SOARES AVILA DE; MONTEIRO, SERGIO NEVES; NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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SILVA, DOUGLAS SANTOS

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CÊA, BERNARDO SOARES AVILA DE

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MONTEIRO, SERGIO NEVES

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NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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DOI

10.5151/2594-5327-42475

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Abstract

O uso de fibras naturais em compósitos poliméricos tem se destacado devido ao baixo custo, leveza e menor impacto ambiental. Este trabalho apresenta uma análise numérica das propriedades mecânicas de compósitos com resina fotopolimerizável reforçados com fibras curtas de juta, modelados tanto em geometria sólida quanto com arquitetura auxética. A metodologia empregou simulações utilizando o modelo de Elemento Representativo de Volume (RVE) no software Ansys Material Designer®, considerando diferentes frações mássicas de fibra (2%, 2,5% e 3%). As propriedades mecânicas dos compósitos sólidos serviram como base para a definição das características das estruturas auxéticas. Os resultados evidenciaram que os compósitos sólidos apresentaram incremento nos módulos de elasticidade e cisalhamento com o aumento do teor de fibras. Por outro lado, as estruturas auxéticas, apesar de apresentarem redução dos módulos elásticos nas direções principais, mostraram comportamento anisotrópico e propriedades típicas de materiais auxéticos, como coeficientes de Poisson negativos nas direções transversais. A abordagem proposta se mostra eficiente na previsão das propriedades mecânicas desses materiais, permitindo maior assertividade no desenvolvimento de compósitos com arquiteturas diferenciadas

THE USE OF NATURAL FIBERS IN POLYMER COMPOSITES HAS GAINED PROMINENCE DUE TO THEIR LOW COST, LIGHT WEIGHT, AND REDUCED ENVIRONMENTAL IMPACT. THIS STUDY PRESENTS A NUMERICAL ANALYSIS OF THE MECHANICAL PROPERTIES OF PHOTOPOLYMER RESIN COMPOSITES REINFORCED WITH SHORT JUTE FIBERS, MODELED BOTH IN SOLID GEOMETRY AND WITH AUXETIC ARCHITECTURE. THE METHODOLOGY EMPLOYED SIMULATIONS USING THE REPRESENTATIVE VOLUME ELEMENT (RVE) MODEL WITHIN THE ANSYS MATERIAL DESIGNER® SOFTWARE, CONSIDERING DIFFERENT FIBER MASS FRACTIONS (2%, 2.5%, AND 3%). THE MECHANICAL PROPERTIES OBTAINED FROM THE SOLID COMPOSITES SERVED AS THE BASIS FOR DEFINING THE CHARACTERISTICS OF THE AUXETIC STRUCTURES. THE RESULTS SHOWED THAT THE SOLID COMPOSITES EXHIBITED AN INCREASE IN ELASTIC AND SHEAR MODULI WITH THE INCREASE IN FIBER CONTENT. ON THE OTHER HAND, THE AUXETIC STRUCTURES, DESPITE SHOWING A REDUCTION IN ELASTIC MODULI IN THE PRINCIPAL DIRECTIONS, DEMONSTRATED ANISOTROPIC BEHAVIOR AND TYPICAL AUXETIC MATERIAL PROPERTIES, SUCH AS NEGATIVE POISSON'S RATIOS IN THE TRANSVERSE DIRECTIONS. THE PROPOSED APPROACH PROVED TO BE EFFECTIVE IN PREDICTING THE MECHANICAL PROPERTIES OF THESE MATERIALS, ENABLING GREATER ACCURACY IN THE DEVELOPMENT OF COMPOSITES WITH DIFFERENTIATED ARCHITECTURES.

Keywords

Modelo RVE, Compósitos Poliméricos, Fibras Naturais.