Modelação e simulação numérica em estruturas aeronáuticas reforçadas

Abstract

Os painéis que compõem as fuselagens das estruturas aeronáuticas são normalmente fabricados em configurações de placa-reforço. A estes painéis reforçados é permitida a encurvadura local durante as cargas de voo a que estes estão sujeitos. O modo como estas estruturas são montadas e unidas é portanto de grande importância. Tecnologias emergentes como a soldadura por fricção, que têm como objectivo substituir metodologias mais antigas como as ligações rebitadas, são hoje em dia usadas para a montagem e produção deste tipo de estruturas. Estudos comparativos sobre as diferenças de comportamentos destes diferentes tipos de ligações durante a encurvadura são, portanto, de grande importância. Nesta Dissertação procura-se estudar o comportamento de painéis reforçados, e respectivas técnicas de união, durante a encurvadura. Estudam se várias metodologias para simular as ligações rebitadas entre placas e os reforços de painéis aeronáuticos. Estudam-se modelos com os reforços unidos às placas através de processos de soldadura por fricção, bem como modelos com a configuração de painel com reforço integral. Estes estudos foram todos realizados com o auxílio do programa de elementos finitos Abaqus. Através de gráficos força-deslocamento são apresentadas várias curvas que retratam o comportamento dos modelos estudados ao longo deste trabalho. São apresentadas também imagens dos modelos aquando do momento em que a encurvadura ocorre, onde são visíveis as diferenças entre as metodologias estudadas. Denota-se a influência destas nos modelos, visível nas cargas de encurvadura e variações de tensões com resultados diferentes quando comparadas entre si. Tendo por base os resultados obtidos nesta dissertação, conclui-se que painéis integrais reforçados oferecem menor resistência a esforços de compressão quando comparados com painéis com os elementos de reforço unidos por processos de soldadura por fricção ou por ligações rebitadas.

ABSTRACT: Stiffened panels that belong to the fuselage on aeronautic structures are normaly fabricated in plate-stiffener configurations. These panels are allowed to locally buckle during normal flight loads that these types of structures are subjected to. The way these reinforced structures are joined together are of utmost importance in their structural behaviours. Emerging technologies such as friction stir welding, with goals to replace the traditional methods such as rivets, today are used for that objective. Comparative studies about the differences between the behaviours during buckling of these different types of connections technologies is of great importance. These thesis seeks to study the behavior of distinct types of connection technologies during buckling. In this work several models with various configurations are studied. Several methodologies are considered to simulate the rivets in riveted joints between the plates and ribs of the reinforced panels. Besides that, models with reinforcements attached to plates by friction welding are also studied, as well as models with the configuration of integrally stiffened panel. These studies were all performed with the aid of the finite element program, Abaqus. Through force-displacement graphs, several curves representing the performance the models studied in this work are shown. The deformed configurations of these models, at the moment buckling occurs, are also shown. Considering the results obtained in this thesis, we conclude that integrally stiffened panels offer less resistance to compressive stresses when compared to panels with reinforcing elements united by the processes of friction stir welding or riveted joints.