Modelagem aeroelástica não linear, pelo método dos elementos finitos, de painéis reforçados em escoamentos supersônicos

Autor(es)

Douglas Ramalho Queiroz Pacheco

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2018-08-03

Membros da banca

Flavio Donizeti Marques; António Joaquim Mendes Ferreira; Thiago Augusto Machado Guimarães

• Orientador: Flavio Donizeti Marques

Resumo

O flutter de painel é um fenômeno aeroelástico que pode lavar a falhas veículos aeroespaciais operando em velocidades supersônicas. Uma modelagem confiável do fenômeno é crucial para prever de maneira segura a vida útil de revestimentos aeronáuticos, sendo, portanto, de grande importância para o projeto de estruturas aeroespaciais. A maioria dos trabalhos publicados sobre este tema trata cada painel como uma estrutura isolada. Na realidade, entretanto, revestimentos aeronáuticos são tipicamente compostos por grandes painéis montados sobre longarinas, stringers e outros elementos de reforço. A presença destes elementos acaba subdividindo o painel em múltiplas células menores capazes de interagir durante o flutter - tornando, com isso, o movimento aeroelástico potencialmente mais complexo e perigoso. Ademais, reforçadores também são estruturas deformáveis, que, portanto, participam da dinâmica do problema. Neste contexto, o presente trabalho trata do estudo e implementação de um modelo computacional em elementos finitos para análise de flutter em painéis reforçados. Emprega-se uma combinação do modelo de placa de Mindlin com o modelo de viga de Timoshenko, incluindo não-linearidade geométrica. O modelo e as análises abordam tanto painéis isotrópicos quanto laminados. A aerodinâmica é simulada pela teoria de pistão, adequada para escoamentos alto-supersônicos. As equações de energia são discretizadas pelo Método dos Elementos Finitos, resultando em equações de movimento que são resolvidas no domínio do tempo por meio de um método de Newmark iterativo. O código final é verificado via comparação com soluções numéricas encontradas na literatura. Em termos de análises, este trabalho foca em três aspectos, com o objetivo de preencher uma lacuna da literatura específica: a) Investigar como reforçadores comportam-se durante o flutter, do ponto de vista dinâmico, e como sua vibração afeta o movimento aeroelástico como um todo; b) Estudar a influência da geometria dos reforçadores sobre tais efeitos; e c) Avaliar as imprecisões do modelo de painel isolado por meio de uma comparação sistemática entre os resultados deste modelo e aqueles gerados pela presente abordagem multi-célula. Resultados revelam novos fenômenos aeoelásticos oriundos da modelagem dos reforçadores como elementos estruturais flexíveis. Ademais, demonstra-se que a popular hipótese de fixação ideal pode ser altamente não conservadora no que diz respeito à condição crítica de flutter e à intensidade das vibrações (AU)

• Processo FAPESP: 17/26284-6 - Modelagem aeroelástica não linear de painéis aeronáuticos reforçados, pelo método dos elementos finitos
• Beneficiário: Douglas Ramalho Queiroz Pacheco
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado