Questão 32 - Explique o funcionamento mecânico de um compósito estrutural painel sanduíche.
Passo 1
O enunciado pede para entender como um painel sanduíche funciona do ponto de vista mecânico. O conteúdo está em mecânica dos compósitos e em teoria de vigas compostas. Vamos precisar conhecer a geometria típica de um sanduíche (duas faces rígidas e um núcleo leve), além das noções de momento de inércia, módulo de elasticidade e resistência ao cisalhamento.
Passo 2
Descrevemos a geometria: um painel sanduíche tem duas camadas externas chamadas faces, cada uma de espessura
e módulo de elasticidade
, separadas por um núcleo de espessura
, altura total
, área da seção transversal
e módulo de cisalhamento do núcleo
. As faces são muito rígidas e finas; o núcleo é leve e resistente ao cisalhamento.
Passo 3
Para cálculo da rigidez à flexão, tratamos o sanduíche como uma viga composta. O momento de inércia da seção pode ser aproximado por concentrar as faces na borda, já que o núcleo tem módulo muito baixo. Assim,
A rigidez à flexão é então
Logo, aumentando a distância entre as faces (ou seja, aumentando
), o painel ganha muito mais rigidez por um acréscimo de peso pequeno.
Passo 4
O núcleo assume principalmente as tensões de cisalhamento quando o painel é carregado transverseiramente. O módulo de cisalhamento
define a rigidez ao cisalhamento
As tensões de cisalhamento no núcleo ficam distribuídas quase uniformemente, reduzindo o risco de flambagem local das faces e permitindo transferir o esforço de uma face para a outra.
Passo 5
Na flexão, as faces trabalham em conjunto como em uma viga: a face superior entra em compressão, a inferior em tração, enquanto o núcleo mantém-as afastadas (aumentando
) e transfere o cisalhamento entre elas. Isso maximiza rigidez e resistência com mínimo de peso.
Resposta
Um painel sanduíche funciona aproveitando faces externas rígidas que resistem a esforços de tração e compressão por flexão, separadas por um núcleo leve que aumenta o momento de inércia (e, portanto, a rigidez à flexão) e assume as tensões de cisalhamento, permitindo alta eficiência estrutural com baixo peso.