Título

Estruturas Auxéticas compósitas: Avaliação das Propriedades Mecânicas em Compressão e do Coeficiente de Poisson Negativo

Composite auxetic structures: Evaluation of Compressive Mechanical Properties and Negative Poisson's Ratio

Autoria

JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA; FONTES, JOSÉ CARLOS FERREIRA; SILVA, DOUGLAS SANTOS; MONTEIRO, SERGIO NEVES; NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

JUNIO, RAÍ FELIPE PEREIRA

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FONTES, JOSÉ CARLOS FERREIRA

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SILVA, DOUGLAS SANTOS

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MONTEIRO, SERGIO NEVES

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NASCIMENTO, LUCIO FABIO CASSIANO

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DOI

10.5151/2594-5327-43422

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Resumo

Estruturas auxéticas têm despertado interesse em aplicações de engenharia devido ao seu coeficiente de Poisson negativo, que proporciona elevada capacidade de absorção de energia e comportamento mecânico diferenciado. Neste trabalho, compósitos de matriz fotopolimerizável reforçados com fibras curtas de juta foram produzidos por Manufatura Aditiva (MA) utilizando a técnica Digital Light Processing (DLP). Foram fabricadas amostras contendo 0%, 2,0%, 2,5% e 3,0% em massa de fibras de juta, todas com geometria auxética. Os materiais foram submetidos a ensaios de compressão uniaxial para determinação da resistência à compressão, módulo de elasticidade, deformação total e coeficiente de Poisson. Os resultados mostraram que a incorporação de 2,0% de fibras promoveu o melhor desempenho mecânico, alcançando resistência à compressão de 49,3 MPa, valor aproximadamente 240% superior ao da resina pura. Todas as amostras apresentaram coeficientes de Poisson negativos, variando entre -0,29 e -0,53, confirmando o comportamento auxético das estruturas produzidas. Além disso, o aumento da fração de fibras intensificou o efeito auxético, tornando o coeficiente de Poisson mais negativo. Os resultados demonstram o potencial da combinação entre fibras naturais, geometria auxética e manufatura aditiva DLP para o desenvolvimento de materiais leves e sustentáveis para aplicações estruturais.

Auxetic structures have attracted considerable attention for engineering applications due to their negative Poisson’s ratio, which provides enhanced energy absorption capability and unique mechanical behavior. In this study, photopolymer matrix composites reinforced with short jute fibers were manufactured using Digital Light Processing (DLP) Additive Manufacturing (AM). Specimens containing 0, 2.0, 2.5, and 3.0 wt.% jute fibers were produced with a auxetic geometry. The materials were subjected to uniaxial compression tests to determine compressive strength, elastic modulus, total strain, and Poisson’s ratio. The results showed that the incorporation of 2.0 wt.% jute fibers provided the best mechanical performance, achieving a compressive strength of 49.3 MPa, approximately 240% higher than that of the neat resin. All specimens exhibited negative Poisson’s ratios ranging from -0.29 to -0.53, confirming the auxetic behavior of the manufactured structures. Furthermore, increasing the fiber content intensified the auxetic effect by producing more negative Poisson’s ratio values. These findings demonstrate the potential of combining natural fibers, auxetic geometry, and DLP additive manufacturing to develop lightweight and sustainable materials for structural engineering applications.

Palavras-chave

Estruturas Auxéticas, Manufatura Aditiva, Fibras de Juta, Compósitos Poliméricos

Auxetic Structures, Additive Manufacturing, Jute Fibers, Polymeric Composites