Dissertação

{pt_PT=Comportamento mecânico de painéis compósitos de fuselagem sujeitos a ações de impacto: Influência do projétil, carregamento e taxa de deformação} {} EVALUATED

{pt=Os materiais compósitos são cada vez mais utilizados em estruturas aeroespaciais devido às suas excelentes características mecânicas, como a rigidez e resistência. No entanto, este tipo de material apresenta suscetibilidade à delaminação, ao longo da espessura, o que o torna pouco resistente a ações localizadas, como impactos. Durante a sua vida útil, uma aeronave pode estar sujeita a diversos tipos de colisões, pelo que o estudo do impacto neste tipo de estruturas é de grande importância. Esta dissertação apresenta um estudo sobre o comportamento mecânico de painéis de fuselagem em compósito (de polímero reforçado com fibras de carbono) sujeitos a impacto, através de análises dinâmicas de elementos finitos utilizando o programa Abaqus/Explicit. Inicialmente, é apresentada uma breve introdução ao tema e feita uma revisão da literatura neste domínio. Posteriormente, são apresentados os resultados numéricos para o painel de referência (com reforços em T) impactado por dois materiais diferentes (aço e gelo). São testados dois níveis de pré-carregamentos (aplicados em compressão ou em tração) bem como a influência da pressurização. Relativamente às geometrias dos projéteis, são testadas 3 formas: esférica, cilíndrica e cónica. De seguida, é investigada a influência da geometria do reforço (I, C, J e Ω) na resistência do painel, replicando-se as pré-solicitações que induzem velocidades residuais mais elevadas no painel com reforços em T. Para todas as simulações é introduzido o efeito da taxa de deformação nas propriedades mecânicas do compósito, sendo ambos os projéteis modelados elasticamente. Por fim, apresentam-se as principais conclusões e possíveis desenvolvimentos futuros., en=Composite materials are being increasingly used in aerospace structures because of their excellent mechanical properties, such as stiffness and strength. However, this material has comparatively weak mechanical properties, such as delamination in the through-thickness direction, which makes it more susceptible to localized loadings, such as impacts. During its useful life, an aircraft can be subjected to several types of collisions. Hence, it is very important to study impacts on these structures. This dissertation presents a numerical study on the mechanical behaviour of composite (carbon fibre reinforced polymer) fuselage panels subjected to impact through dynamic finite element analyses performed with Abaqus/Explicit. Initially, a brief introduction to the topic and a literature review is presented. Afterwards, the numerical results for the reference panel (with T-shaped stringers) impacted by two different materials (steel and ice) are presented. Two levels of preloads are considered, applied either in compression or in tension. Also, the influence of pressurization is investigated. Regarding the projectiles, three geometries are tested: spherical, cylindrical and conical. Then, the influence of the stringer geometry (I, C, J and Ω) on the strength of the panel is investigated, by replicating the preloads that induce higher residual velocities in the panel with T-shaped stringers. The strain rate effect on the mechanical properties of the composite is considered and an elastic behaviour is assumed for both projectiles. Finally, the main conclusions and possible future developments are presented. }
{pt=Impacto, painéis de CFRP, velocidade residual, taxa de deformação, pré-solicitações, en=Impact loading, CFRP panels, residual velocity, strain rate, preloads}

Dezembro 16, 2020, 15:0

Orientação

ORIENTADOR

Nuno Miguel Rosa Pereira Silvestre

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Catedrático