Dissertação

{en_GB=Optimization of composite structural components for energy absorption} {} APPROVED

{pt=As indústrias aeroespacial e automóvel têm motivado inovações no ramo dos materiais compósitos devido à ambição de desenvolver veículos cada vez mais leves, mais seguros e com menores consumos de combustível, de modo a respeitar as restrições de emissões cada vez mais rigorosas, para os quais estes materiais representam uma das principais soluções para resolver o problema. Relativamente à segurança, estes materiais constituem uma boa alternativa aos metais, devido à sua maior capacidade de absorção de energia apresentando, porém, um comportamento de falha mais complexo. O presente trabalho visa desenvolver uma solução superior ao atenuador de impacto (AI) de alumínio atualmente usado pela equipa Formula Student da Universidade de Lisboa utilizando materiais compósitos. Consequentemente, estuda-se a influência de variações geométricas, particularmente o uso de paredes curvas, e do número de objetivos considerado. Para realizar as otimizações, o Abaqus é diretamente acoplado ao algoritmo Direct MultiSearch (DMS), o desempenho geral das soluções é avaliado e a influência da introdução de paredes curvas na capacidade de absorver energia estudada. Além disso, de modo a simular uma situação mais realista, impactos não axiais são estudados e os efeitos da utilização de paredes curvas nessa situação analisados. Finalmente, fornece-se uma visão geral das melhores configurações alcançadas e seleciona-se uma configuração final, que é extensivamente estudada e uma conclusão sobre o uso de paredes curvas para fins de absorção de energia é apresentada., en=The aerospace and automotive industries have been pushing the boundaries of material innovations as there is an ambition to develop ever-lighter vehicles, that are both safer and more fuel-efficient, to cope with ever-stricter emission regulations, in which composite materials represent one of the cornerstones to solve the problem. Concerning safety, these materials represent an optimal alternative to metals due to their greater energy absorption capabilities at the expense of more complex failure behaviour. The present work aims to improve upon the aluminium impact attenuator (IA) currently used by the University of Lisbon Formula Student team through a composite solution. Consequently, the influence of geometrical variations, particularly the use of curved walls, and the number of objectives considered for the optimization are studied. To perform the optimizations, Abaqus is directly coupled with the Direct Multisearch (DMS) algorithm, the overall performance of the solutions is evaluated and the influence of the introduction of curved walls on the energy absorption capabilities discussed. Additionally, to simulate a more realistic situation, off-axis impacts are studied and the effect of curved walls in that situation analysed. Finally, an overview of the best configurations achieved is provided and one final configuration selected, which is then extensively studied and a conclusion concerning the use of curved walls for energy absorption purposes presented.}
{pt=Compósitos, Crashworthiness, Formula Student, Otimização, en=Composites, Crashworthiness, Formula Student, Optimization}

Orientação

ORIENTADOR

José Firmino Aguilar Madeira

ISEL

Professor Adjunto

ORIENTADOR

Aurélio Lima Araújo

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado