Lopes, Hernâni Miguel ReisBertoldi, Priscilla do Rocio2023-07-312023-07-312023http://hdl.handle.net/10400.22/23389A presente dissertação descreve a identificação das propriedades elásticas de um laminado compósito através da aplicação de um método inverso. Neste âmbito, são apresentadas as metodologias não destrutivas mais relevantes na identificação das propriedades em placas laminadas compósitas, com destaque para os trabalhos mais recentes sobre a resolução do problema inverso através da aplicação dos algoritmos de otimização meta-heurísticos inspirados na natureza. Com base neste estudo, são descritas de forma sucinta as metodologias dos algoritmos meta-heurísticos Genético, Enxame de Partículas, Pirilampo e Pesquisa Cuco. São igualmente apresentados os métodos de fabrico de materiais compósitos, assim como a Teoria Clássica dos Laminados, dando ênfase ao processo de moldação por compressão a quente, o qual foi usado no fabrico do laminado compósito que serviu de caso de estudo para a identificação das suas propriedades elásticas. A metodologia proposta procura identificar as propriedades elásticas da placa a partir da medição das suas frequências naturais. A implementação da metodologia envolveu o desenvolvimento de um modelo numérico do laminado utilizando o ANSYS® MAPDL que fará o cálculo das frequências naturais numéricas, e a criação de um programa em MATLAB® que irá gerar as propriedades do laminado, seguindo a filosofia do algoritmo Genético e do Enxame de Partículas, na procura de minimizar a diferença entre as frequências naturais numéricas e experimentais. Para a aplicação do método inverso de identificação das propriedades, foi fabricado um laminado compósito de fibra de carbono e resina epóxida. Após o seu fabrico foram identificadas as suas frequências naturais experimentais para a condição livre-livre através da excitação da estrutura por martelo de impacto e medição da sua resposta através de um microfone. Um estudo comparativo entre os dois algoritmos implementados foi conduzido, o qual permitiu identificar o Enxame de Partículas como o mais eficaz na identificação das propriedades elásticas da placa. A influência do número de frequências naturais e do número de agentes de pesquisa no desempenho deste algoritmo foi analisada, tendo-se identificados entre 8 a 12 frequências e 100 agentes como as melhores escolhas. A validação das propriedades elásticas identificadas pelo método inverso foi realizada por comparação com as medidas através do ensaio clássico de tração. Para tal, foram extraídos da placa seis provetes e ensaiados. Os resultados demonstraram-se que existe grande proximidade entre os módulos de elasticidade, 𝐸1 e 𝐸2, e o coeficiente de Poisson 𝜈12 obtidos pelos dois métodos. Provou-se que o método inverso pode ser assumido como boa alternativa para a identificação das propriedades elásticas do laminado, com a vantagem adicional de ser um método não destrutivo.This dissertation describes the identification of the elastic properties of a composite laminate by applying an inverse method. In this scope, the most relevant non-destructive methodologies in the identification of properties in composite laminated slabs are presented, with emphasis on the most recent works on solving the inverse problem by applying nature-inspired meta-heuristic optimization algorithms. Based on this study, the methodologies of Genetic, Particle Swarm, Firefly and Cuckoo Search meta-heuristic algorithms are briefly described. The methods for manufacturing composite materials are also presented, as well as the Classical Theory of Laminates, emphasizing the hot compression molding process, which was used in the manufacture of the composite laminate that served as a case study for the identification of its elastic properties. The proposed methodology seeks to identify the elastic properties of the plate from the measurement of its natural frequencies. The implementation of the methodology involved the development of a numerical model of the laminate using ANSYS® MAPDL that will calculate the numerical natural frequencies, and the creation of a program in MATLAB® that will generate the properties of the laminate, following the philosophy of the Genetic Algorithm and the Particle Swarm, in the search to minimize the difference between the numerical and experimental natural frequencies. To apply the inverse method of identifying the properties, a carbon fiber and epoxy resin composite laminate was fabricated. After its fabrication, its experimental natural frequencies for the free-free condition were identified by excitation of the structure by impact hammer and measurement of its response using a microphone. A comparative study between the two implemented algorithms was conducted, which allowed identifying the Particle Swarm as the most effective in identifying the elastic properties of the plate. The influence of the number of natural frequencies and the number of search agents on the performance of this algorithm was analyzed, with 8 to 12 frequencies and 100 agents identified as the best choices. The validation of the elastic properties identified by the inverse method was performed by comparison with those measured through the classical tensile test. For this, six specimens were extracted from the plate and tested. The results showed that there is great proximity between the modulus of elasticity, 𝐸1 and 𝐸2, and Poisson's ratio 𝜈12 obtained by the two methods. It was proved that the inverse method can be assumed as a good alternative for the identification of the elastic properties of the laminate, with the additional advantage of being a non-destructive method.porLaminados compósitosIdentificação das propriedades elásticasMétodos meta-heurísticosElementos finitosComposite laminatesIdentification of elastic propertiesMetaheuristic methodsFinite elementsmaster thesis203336046