O trabalho de pesquisa realizado trata do comportamento dinâmico e aeroelástico em compósitos
laminados de rigidez variável (LCRV). Em virtude dos avanços das técnicas de manufatura
de laminados, este tema tem ganhado notoriedade internacional e sua importância se
justifica pelo crescente número de trabalhos na área. Neste contexto, foram analisados dois
tipos distintos de LCRV: o primeiro diz respeito a laminados fabricados com espaçamento
variável entre as fibras paralelas; e o segundo trata de laminados fabricados com deposição
das fibras por caminhos curvilíneos, termo em inglês tow steering. Com objetivo de
explorar as características dos LCRV, foi desenvolvido um modelo aeroelástico baseado no
método dos modos admitidos (Rayleigh-Ritz), utilizando as hipóteses da teoria clássica de
laminação (TCL), e foi utilizado o modelo aerodinâmico baseado na teoria das faixas quase
estacionária para as análises em escoamentos subsônicos, e na teoria dos pistões, para escoamentos
supersônicos nas análises de flutter de painel. Assim, foi investigada a influência
do efeito de diferentes funções de distribuição do volume de fibras no comportamento aeroelástico
e nas três primeiras frequências naturais, constatando-se uma significativa influência
nos resultados, justificando um tratamento adequado para modelagem microestrutural dos
laminados com espaçamento variável. Por outro lado, com objetivo de analisar o efeito de
incertezas no processo de fabricação nos LCRV fabricados com a tecnologia de tow steering,
foi desenvolvida uma estratégia de identificação de incertezas e sua propagação no modelo
numérico, além da otimização para obtenção de um projeto robusto. Constatou-se que a melhor
configuração obtida pela otimização determinística apresentou grande dispersão quando
perturbado o ângulo de definição da trajetória das fibras, diferentemente da configuração selecionada
de maneira robusta, que apresentou resultados menos sensíveis a perturbações nos
ângulos de deposição das fibras. Foi investigada também a viabilidade da utilização de LCRV
do ponto de vista dinâmico, visando aumentar a frequência natural fundamental, e com aplicação
em flutter de painel. Em ambas as aplicações foi otimizada a trajetória da deposição
das fibras, com base nos polinômios interpoladores de Lagrange, sendo encontrados ganhos
razoáveis quando comparados com os laminados de material composto tradicionais de rigidez
constante (LCRC). Adicionalmente, foi verificado que os resultados obtidos para o LCRC e
o LCRV analisados experimentalmente corroboraram os resultados obtidos numericamente
no que diz respeito às frequências naturais e aos modos de vibrar. / The developed research work is related to the dynamic and aeroelastic behaviors of variable
stiffness composite laminate plates (VSCL). Due to the advances in the manufacturing
techniques, this research theme has been gaining international relevance and its importance
is justified by the increasing number of research works in this area. In this context, two
different types of VSCL are analyzed: the first regards variable fiber spacing laminates, and
the second is manufactured using curvilinear paths (tow steering). In order to explore the
VSCL characteristics, it was developed an aeroelastic model based on the assumed modes
approach (Rayleigh-Ritz), using the hypotheses of “classical lamination theory” (CLT). Moreover,
it was used the aerodynamic model based on the quasi-steady strip theory in the
subsonic analyses, and the piston theory, for supersonic flows used in the evaluation of panel
flutter. It was investigated the influence of different fiber volume distribution on the
aeroelastic behavior and on the first three natural frequencies; it has been found that those
influences are significant, which justifies the adequate treatment for the micro -structural
model of VSCL. Also, to cope with uncertainties during manufacturing of steered composite
laminates, it was developed a strategy for identification of those uncertainties and their
propagation through the numerical model; also, an optimization procedure was proposed
to achieve robust designs. It was noticed that the response of the optimal configuration
obtained from deterministic optimization presented a large dispersion when the tow steering
angles were perturbed, in contrast with the selected configuration obtained from robust optimization,
in which the results were much less sensible to perturbations in the tow steering
angles. Also, it was investigated the viability to use LCRV from the dynamic standpoint,
aiming at increasing the fundamental frequency, and with application in flutter panel. For
both applications, the fiber placement trajectory was optimized based on Lagrange polynomials.
Reasonable gains were found with respect to constant stiffness composite laminates
(CSCL). Additionally, it was verified that the obtained experimental results for VSCL and
CSCL corroborate the counterparts obtained from numerical simulations regarding natural
frequencies and mode shapes. / Tese (Doutorado)
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/18332 |
| Date | 20 December 2016 |
| Creators | Guimarães, Thiago Augusto Machado |
| Contributors | Cesnik, Carlos Eduardo Stolf, Rade, Domingos Alves, Sanches, Leonardo, Souza, Francisco José de, Marques, Flávio Donizeti |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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