Dissertação
{pt_PT=Comparison of Low and High-Fidelity Models in Structural Optimization of Strut-Braced Wings} {} EVALUATED
{pt=Este trabalho visa estudar a aplicabilidade de um modelo estrutural de Baixa Fidelidade (BF) para a análise e otimização de uma aeronave do tipo Strut-Braced Wing (SBW). Para atingir este objetivo, primeiro o comportamento da estrutura quando sujeita a dois carregamentos aerodinâmicos, cruzeiro e manobra de pull-up, é comparado com um modelo de Alta Fidelidade (AF). Posteriormente são formulados três problemas de otimização que têm como objetivo obter uma boa correspondência de comportamento estrutural entre estes dois modelos para a condição de cruzeiro. Os dois primeiros problemas de otimização utilizam a distribuição de espessura ao longo da estrutura para atingir esse objetivo, sendo o primeiro não constrangido e o segundo constrangido por uma massa mínima e uma tensão máxima para a manobra de pull-up. No terceiro problema, também é permitido alterar a distribuição de torção e são considerados os mesmos constrangimentos do segundo problema. Apenas foi encontrada uma solução viável em termos de tensão para o terceiro problema de otimização. No entanto, ao analisar a deformação, observa-se que o modelo AF otimizado apresenta diferenças em relação ao modelo BF superiores a 10%. Embora o modelo BF seja vantajoso do ponto de vista computacional, quando comparado ao modelo AF este subestimou tanto a tensão quanto a deformação. Portanto, o modelo BF só deve ser usado para fornecer tendências gerais numa fase preliminar do projeto de uma estrutura SBW. Para uma fase mais avançada do projeto, o modelo AF deve ser utilizado., en=The aim of this work is to study the applicability of a Low-Fidelity (LF) structural model for analyzing a given Strut-Braced Wing (SBW) configuration within an optimization environment. To accomplish this goal, the behavior of the structure when subjected to two aerodynamic loads, cruise and pull-up, is firstly compared with a High-Fidelity (HF) model, and then a match between both models is sought. Two optimization problems, one unconstrained and another constrained, set to match the deformed shape of the LF model in the HF one for cruise conditions by changing the thickness distribution, are defined and solved. An additional constrained problem that allows changing the twist distribution is defined as well. Mass and stress for pull-up maneuver conditions are set as constraints for the two constrained problems. A feasible solution in terms of stress is only found when the twist distribution is set as a design variable. However, when analyzing the deformation, the optimized HF model is observed to have differences relative to the LF model higher than 10%. Even though the LF model is computationally advantageous, it underestimated both stress and deformation when compared to the HF model. Therefore, the LF model should only be used to provide general trends at a preliminary design phase of a SBW structure. For a more advanced design stage the HF model should be employed.}
setembro 28, 2021, 18:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Frederico José Prata Rente Reis Afonso
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Auxiliar
