Dissertação

{en_GB=Strength and crashworthiness of aircraft composite FRP panels under blast and explosion} {} EVALUATED

{pt=Os compósitos laminados de polímeros reforçados com fibras de carbono (PRFC) têm sido crescentemente utilizados em estruturas aeroespaciais (e.g., painéis de fuselagem) sujeitas a risco de ações explosivas. A maioria dos estudos sobre os efeitos explosivos em painéis tem-se focado em configurações planas metálicas, com poucos a investigarem laminados curvos utilizados na fuselagem de aeronaves atuais. O presente estudo tem como objectivo responder a esta limitação, investigando numericamente a influência da curvatura e da geometria de reforços na mitigação dos efeitos do carregamento de uma onda de choque em painéis cilíndricos de PRFC. Inicialmente, desenvolveu-se e validou-se um modelo numérico de um painel plano de PRFC. Em seguida, realizou-se um estudo numérico sobre a resposta dinâmica e resistência de painéis curvos (sem e com reforços) sujeitos a explosão, capturando os padrões de deformação e modos de rotura, bem como a influência da taxa de deformação nas propriedades dos materiais. Os resultados mostraram que a resistência à explosão dos painéis é sensível à geometria da superfície incidente: a configuração convexa apresentou maior resistência ao carregamento explosivo do que a côncava. Sob condições em que os painéis não falhavam, o aumento da curvatura resultou num menor carregamento induzido pela onda de choque devido ao aumento do ângulo de incidência. Adicionalmente, as deformações diminuíram devido ao aumento da rigidez dos painéis. Finalmente, verificou-se que a inclusão de reforços resulta em reduções das deformações dos painéis e do dano nos laminados, com os reforços com secção em Ω a conduzirem aos melhores desempenhos., en=Carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) composite laminates are increasingly being used in aerospace structures (e.g., fuselage panels) at risk of blast actions. Most studies regarding the effects of blast loading in panels have focused on flat configurations with metal-based materials, with few addressing the response of curved laminates used in the fuselage of current aircraft models. This study aims to address this limitation by numerically investigating the influence of the curvature and stiffeners’ geometry on the mitigation of the effects of a shock wave loading in single-curved CFRP panels. Initially, a numerical model of a flat CFRP panel was developed and validated. Then, the dynamic response and blast resistance of curved panels (without and with reinforcements) was studied, capturing the deformation patterns and failure modes, as well as the influence of strain rate on the material properties. The results showed that the blast resistance of the panels is sensitive to the geometry of the incident surface: the convex configuration shows higher resistance to blast loading than its concave counterpart. For blast conditions below a loading threshold, the increase of the curvature resulted in a higher dissipation of the loading from the shock wave due to the higher angle of incidence. Additionally, the deformations also decreased due to an increase of the geometric stiffness of the panels. Finally, the addition of structural reinforcements was proven to reduce both the maximum deformation of the panels and damage of the laminates, with the Ω-shaped stringers outperforming the remaining ones studied.}
{pt=Carregamento explosivo, PRFC, painéis reforçados curvos, modelo numérico, resposta dinâmica, modos de rotura, en=Blast loading, CFRP, curved stiffened panels, numerical model, dynamic response, failure mechanisms}

Abril 30, 2021, 14:30

Orientação

ORIENTADOR

Nuno Miguel Rosa Pereira Silvestre

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático