Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10348/9438
Title: Análise do comportamento à compressão do Pinus pinaster Ait. no plano transversal usando a barra de pressão de split-Hopkinson
Authors: Gomes, Filipe Manuel Marques Ferreira
Advisor: Xavier, José Manuel Cardoso
Keywords: Pinus Pinaster Ait.
Barra de pressão de split-Hopkinson
Issue Date: 4-Jun-2019
Abstract: A madeira e derivados da madeira surgem atualmente como materiais de engenharia sustentados pelo princípio da economia circular. As aplicações atuais albergam cenários de carregamento cujo comportamento mecânico pode ser descrito sobre um espectro de regimes de deformação, abrangendo o visco-elástico, quase-estático e dinâmico. Um estudo evolutivo das propriedades mecânicas da madeira, ao longo dos diferentes regimes de taxas de deformação, é de extrema relevância para a sua aplicabilidade em novas soluções de engenharia. Tendo em conta o facto de a madeira ser um material anisotrópico, heterogéneo e com uma forte variabilidade, a caracterização experimental deste material apresenta contudo vários desa os. Neste trabalho, é proposta a caracterização mecânica da espécie de Pinus pinaster Ait. no plano transverso (radial-tangencial), tanto em regime quase-estático (efeitos de inércia desprezáveis) como em regime dinâmico (efeitos de inércia não desprezáveis). Para esse efeito, foram realizados ensaios de compressão em ambas taxas de deformação, recorrendo a provetes com orientações dos seus anéis de crescimento distintas em relação à direção de carregamento axial (0◦ e 90◦ ), os quais possuíam dimensões nominais de 20×10×10 mm3 . Para o estudo das deformações em regime quase-estático recorreu-se ao acoplamento de uma máquina eletromecânica e um sistema de correlação digital de imagem, nos quais foram realizados ensaios experimentais a 0◦ (radial), o qual permitiu determinar as propriedades ER, νRT e σced,0. De igual forma, realizaram-se os ensaios experimentais a 90◦ (tangencial), ou seja, a uma situação de carregamento transversal de forma a determinar as propriedades ET , νT R e σced,90. De forma análoga, recorrendo à barra de pressão de split-Hopkinson e a um sistema de correlação digital de imagem, realizaram-se ensaios experimentais compressivos utilizando a mesma metodologia descrita, permitindo assim determinar as mesmas propriedades mecânicas neste regime de elevadas taxas de deformação. Assim tornou-se possível veri car a variação das propriedades mencionadas ao longo das diferentes taxas de deformação. Os valores obtidos para o regime quase-estático de taxas de deformação estão de acordo com valores de referência obtidos para esta espécie, sendo que a variação entre ambos não apresenta uma diferença signi cativa. Recorrendo aos resultados obtidos experimentalmente em regime dinâmico e em regime quase-estático, é possível veri car comparativamente que associado a um aumento das taxas de deformação o material em questão apresenta uma variação considerável de algumas das propriedades mecânicas em estudo. De forma quantitativa, através da comparação dos valores médios para ambos os regimes de deformação, veri cou-se que, na direcção radial o módulo de elasticidade apresenta um aumento de 6.3%, a tensão de cedência apresenta um aumento de 130.27% e o coe ciente de Poisson apresenta uma redução de 10.55%. Em relação à direcção tangencial, veri cou-se que, o módulo de elasticidade apresenta um aumento de 21.94% enquanto comparativamente o valor da tensão de cedência apresenta um aumento de 111.83%, já o coe ciente de Poisson apresenta uma redução de 25.79%.
Wood and wood derivatives are currently emerging as engineering materials sustained by the principle of circular economy. Current applications include loading scenarios whose mechanical behavior can be described over a spectrum of strain regimes, including viscoelastic, quasi-static and dynamic. An evolutionary study of the mechanical properties of wood along the di erent regimes of strain rates is of extreme relevance for their applicability in new engineering solutions. Considering the fact that wood is an anisotropic material, heterogeneous and with a high variability, the experimental characterization of this material presents however several challenges. In this work, the mechanical characterization of the species Pinus pinaster Ait. in the transverse (radial-tangential) plane, both in quasi-static (negligible inertial e ects) and dynamic (non-negligible inertial e ects). For this purpose, compression tests were performed at both rates of deformation, using samples with orientations of their di erent growth rings in relation to the direction of axial loading (0◦ and 90◦ ), which had nominal dimensions of 20×10×10 mm3 . For the study of the deformations in the quasi-static regime we used the coupling of a electromechanical machine and a digital image correlation system, in which experimental tests were performed at 0◦ (radial), which allowed to determine the properties ER, νRT e σced,0. Likewise, the experimental tests were performed at 90◦ (tangential), i.e., a transverse loading situation in order to determine the properties ET , νT R e σced,90. Similarly, using the splitHopkinson pressure bar and a digital image correlation system, compressive experimental tests were performed using the same methodology described, thus allowing to determine the same mechanical properties in this regime of high rates of deformation. Therefore it became possible to verify the variation of the mentioned properties along the di erent rates of deformation. The values obtained for the quasi-static regime of strain rates are in agreement with reference values obtained for this species, and the variation between both does not present a signi cant di erence. Using the results obtained experimentally in a dynamic regime and in a quasi-static regime, it is possible to verify comparatively that associated to an increase of the deformation rates, the material in question presents a considerable variation of some of the mechanical properties under study. Quantitatively, by comparing the mean values for both deformation regimes, it was found that, in the radial direction, the modulus of elasticity increased by 6.3%, the yield stress showed an increase of 130.27% and the coe cient of Poisson shows a reduction of 10.55%. In relation to the tangential direction, it was found that the modulus of elasticity increased by 21.94% while the value of the yield stress showed an increase of 111.83%, whereas the coe cient of Poisson presented a reduction of 25.79%.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia Mecânica
URI: http://hdl.handle.net/10348/9438
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:DENG - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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