Dissertação

{en_GB=Design and Multi-objective Optimization of a Composite Impact Attenuator for a Formula Student Car} {} EVALUATED

{pt=A necessidade de construir aeronaves mais eficientes no consumo de combustível, levou a um maior uso de materiais compósitos na indústria aeroespacial, ao longo últimas décadas. A integração destes materiais em estruturas absorsoras de energia implica o seu estudo e implementação numérica em software de Elementos Finitos, por forma a prever corretamente os complexos mecanismos de falha e fratura das estruturas compósitas. O atual atenuador de impacto usado pela equipa do Formula Student da Universidade de Lisboa é uma solução genérica, não analisada a fundo, que consiste numa estrutura de alumínio em favo de mel. As regras da competição relativamente ao atenuador de impacto permitem a exploração de novos designs mais eficientes e utilização de novos materiais. O objetivo principal desta tese é conceber e otimizar um atenuador de impacto mais leve do que o atualmente usado pela equipa da Universidade de Lisboa. Os resultados experimentais e o modelo numérico apresentados no trabalho anterior, realizado por Santos, são tidos em conta nesta nova abordagem. São estudados vários parâmetros de design e tem-se em consideração a sua influência na eficiência dos atenuadores. O algoritmo Direct Multisearch (DMS), diretamente acoplado ao software Abaqus, é usado para realizar as otimizações, à medida que diferentes técnicas para obter os melhores resultados são introduzidas. Após obtenção das soluções, as configurações mais leves são descritas. São ainda introduzidas últimas considerações e feitas derradeiras otimizações, a fim de melhorar os resultados e obter as soluções finais, que constituem uma redução de massa relativamente à estrutura atualmente utilizada., en=The need of building lighter, more fuel-efficient aircraft led to an increasing use of composite materials in the aerospace industry over the last few decades. The integration of these materials in energy absorbing structures enticed the study of their crashworthiness and numerical implementation in Finite Element software, in order to correctly predict the complex failure behaviour of composite designs. The current impact attenuator used by the Formula Student team of University of Lisbon is an out-of-shelf solution consisting in an aluminium honeycomb. The competition regulations defined for the impact attenuator's design allow room for innovation, which can be used to build more efficient structures and explore new materials. The main objective of this thesis is to design and optimize a composite impact attenuator lighter than the solution currently used by University of Lisbon team. Experimental results and numerical model presented in previous work performed by Santos are considered in the development of a new approach. Several design parameters are studied and their influence on the behaviour of the impact attenuators are taken into account. Direct Multisearch (DMS) algorithm directly coupled to Abaqus software is used to perform the optimizations, while different techniques to obtain the best results are introduced. The lighter solutions' mass is compared to the baseline aluminium structure's and detailed descriptions are presented for chosen optimal designs. Final considerations are introduced and further optimization is performed to enhance the results and obtain the final solutions, which constitute an improvement regarding the baseline's mass.}
{pt=Compósitos, Atenuador de impacto, Elementos Finitos, Otimização, Fórmula Student, en=Composites, Crashworthiness, Finite Element, Optimization, Formula Student}

Novembro 28, 2018, 16:30

Orientação

ORIENTADOR

José Firmino Aguilar Madeira

ISEL

Professor Adjunto

ORIENTADOR

Aurélio Lima Araújo

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado