Confiabilidade de perfis PPRFV de seção I ao estado limite último de flambagem lateral com torção considerando a variabilidade espacial do teor de fibra e resina

Abstract

Resumo: Os perfis pultrudados de polímeros reforçados com fibras (PPRF) são elementos estru turais inovadores, economicamente viáveis e com propriedades mecânicas notáveis. Dentre essas propriedades pode-se citar: a resistência à corrosão, a alta resiliência ao impacto, a superioridade da relação resistência-peso quando comparada a ma teriais convencionais da indústria civil, como o aço e o alumínio. Adicionalmente, os processos de fabricação dos pultrudados de PRF tendem a ser mais econômicos em comparação aos tradicionalmente utilizados na construção, como o aço e concreto, pelo fato de serem altamente automatizáveis, escaláveis e por exigirem menor gasto energético. Na literatura são escassos os estudos sobre os efeitos da heterogeneidade das propriedades elásticas e mecânicas na confiabilidade desses membros estruturais sob condições usuais de carregamento. Portanto, nesse contexto, o presente trabalho compara resultados de análises de confiabilidade de vigas pultrudadas de seção I sujeitas à flambagem global considerando duas abordagens. Na primeira abordagem, assume-se que a incerteza do teor de fibra-resina é descrita por uma variável aleatória gaussiana, e está associada a uma distribuição de material homogênea ao longo da seção transversal. Enquanto na segunda abordagem, a variabilidade espacial das propriedades é modelada utilizando campos aleatórios gaussianos homogêneos e estacionários. O método de Análise de Confiabilidade de Primeira Ordem (FORM) e a Simulação de Monte Carlo (SMC) com Amostragem de Hipercubo Latino foram empregados para calcular as probabilidades de falha dos perfis pultrudados sob o estado limite de flambagem. As estimativas de cargas de flambagem foram obtidas pela análise de elementos finitos de flambagem linear por autovalores. A fim de reduzir o custo computacional dos modelos em elementos finitos, foram empregados metamo delos de processo gaussiano. Os resultados mostram que, em alguns dos modelos com incerteza de variabilidade espacial do material incorporada, a probabilidade de falha aumentou 9,26% em comparação com o modelo de material homogêneo

Abstract: Pultruded Fiber-Reinforced Polymers (PFRP) profiles are innovative structural elements with noteworthy mechanical properties, combined with economic viability. As some interesting properties of that material, it is possible to mention: its corrosion resistance, high impact resilience, superior strength to-weight when compared to conventional civil industry materials like steel and aluminum. Additionally, the manufacturing processes of fiber-reinforced polymer composites tend to be more cost-effective than those of traditional construction materials, like steel and concrete, due to their high degree of automation, scalability and lower energy consumption. In the literature studies regarding the effects of heterogeneity of the material properties on the reliability of those structural members under common loading conditions are scarce. So, in this sense the present work compares reliability analysis results of global buckling ultimate limit state of I section pultruded beams from two different approaches. In the first approach, it is assumed that the fiber-resin content uncertainty is described by a gaussian random variable, and corresponds to a homogeneous distribution of material properties across the profile cross-section. The second approach considers the material properties spatial variability by using stationary gaussian homogeneous random fields models. First Order Reliability Analysis (FORM) method and Monte Carlo Simulation (MCS) with Latin Hypercube Sampling were employed to calculate failure probabilities of pultruded profiles under buckling limit state. Buckling loads estimates were obtained by linear eigenvalue buckling finite element analysis. In order to reduce computational cost of the FEM models gaussian process metamodels were employed. Results show that in some of the models with material spatial variability uncertainty incorporated, the failure probability increased 9,26% when compared to the homogeneous material model