Qual é a melhor abordagem para projetar estruturas compostas avançadas para cargas sísmicas?

1 Benefícios dos compósitos

Compósitos são materiais compostos por dois ou mais componentes distintos, como fibras e matrizes, com propriedades físicas e mecânicas diferentes. Quando combinados, os compósitos podem alcançar desempenho e funcionalidade superiores aos constituintes individuais. Os compósitos oferecem vários benefícios para a engenharia sísmica, incluindo altas relações resistência/peso e rigidez/peso que reduzem a massa e a inércia das estruturas, bem como altas capacidades de amortecimento e absorção de energia que reduzem a vibração e os danos das estruturas. Além disso, possuem alta durabilidade e resistência à corrosão, o que prolonga a vida útil e diminui os custos de manutenção. Além disso, os compósitos fornecem alta flexibilidade de projeto e adaptabilidade para otimizar estruturas para cenários sísmicos específicos.

3 Princípios de design

Para superar os desafios e explorar os benefícios dos compósitos, os engenheiros estruturais precisam seguir certos princípios de projeto ao projetar estruturas compostas avançadas para cargas sísmicas. Esses princípios incluem a seleção de materiais e sistemas compósitos apropriados, com base no nível de risco sísmico, função estrutural e critérios de desempenho do projeto. Técnicas avançadas de fabricação e teste, como manufatura aditiva, correlação de imagens digitais e emissão acústica, devem ser empregadas para garantir a qualidade e integridade das estruturas compostas. Conceitos e métodos inovadores de projeto, como otimização de topologia, compósitos multifuncionais e sistemas híbridos, podem ser usados para aumentar a eficiência e a resiliência das estruturas compostas. Além disso, dispositivos avançados de monitoramento e controle, como sensores, atuadores e materiais inteligentes, podem ser incorporados para melhorar a adaptabilidade e a funcionalidade das estruturas compostas.

4 Exemplos de design

Para demonstrar a abordagem mais eficaz para projetar estruturas compostas avançadas para resistir a cargas sísmicas, aqui estão vários exemplos de projeto de diferentes domínios de engenharia. Por exemplo, a engenharia aeroespacial usa uma caixa de asa composta com fios de liga de memória de forma embutidos para mitigar a flutuação aeroelástica de cargas de rajada. A engenharia automotiva usa um feixe de para-choque composto com caixas de esmagamento integradas, feitas de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) tubos, para absorver a energia do impacto durante uma colisão frontal. A engenharia naval utiliza um painel sanduíche composto com núcleo de espuma e polímero reforçado com fibra (FRP) peles para resistir a cargas hidrodinâmicas e corrosão em uma plataforma flutuante. Por fim, a engenharia civil emprega uma estrutura composta com pilares de aço e vigas FRP para suportar cargas sísmicas em um edifício baixo. As vigas FRP possuem alta resistência à tração e ductilidade, além de baixa expansão térmica e condutividade, o que ajuda a reduzir a demanda sísmica e danos à estrutura.