Post-buckling analysis of metal and composite reinforced panels

Abstract

A indústria aeronáutica tem como objetivo aumentar a eficiência e reduzir os custos de suas aeronaves, a fim de desenvolver aviões com melhor desempenho e menor consumo de combustível. As pesquisas demonstraram que os painéis de cisalhamento podem suportar uma quantidade significativa de carga após atingir sua carga inicial de flambagem. Portanto, explorar a capacidade pós-flambagem de painéis reforçados em materiais compósitos resulta em estruturas mais leves e menos dispendiosas. Para os painéis reforçados metálicos existe uma metodologia consolidada para o cálculo de tração diagonal desenvolvida pela NASA (National Aeronautics and Space Administration), NACA TN2661 (Kuhn, Peterson e Levin, 1952a). Todavia, para os painéis reforçados em material compósito não existe um método e sim estudos, que em sua maioria estão tentando adaptar o método NACA TN2661 para materiais compósitos, levando em consideração a anisotropia do material. Mas esses estudos não consideram o fato de que a anisotropia não é a única característica do material que afeta o comportamento pós-flambagem. A sequência de empilhamento e a orientação das fibras têm influência na análise de flambagem, portanto, elas têm efeitos no comportamento pós-flambagem. Dessa forma, este estudo foi desenvolvido para aprimorar a compreensão do comportamento pós-flambagem em painéis reforçados em compósitos, e construir um modelo de elementos finitos a ser utilizado em projetos futuros de análise de tração diagonal em painéis reforçados, reduzindo as despesas com testes. Os principais objetivos deste estudo são desenvolver um método para calibrar um modelo de elementos finitos para representar o comportamento de pós-flambagem do painel reforçado em compósito evitando o uso de resultados experimentais; estudar as variações na sequência de empilhamento de painéis reforçados em compósito na análise pós-flambagem; escolha do painel reforçado que tem o melhor comportamento durante a análise pós-flambagem: metálico ou compósito. Os resultados mostraram que o modelo de elementos finitos desenvolvido neste estudo, considerando a carga, as condições de contorno e os materiais descritos, representa o comportamento do painel reforçado em compósito e seu comportamento na pós- flambagem. Além disso, após a comparação entre seis modelos de painéis reforçados em compósitos com diferentes sequências de empilhamento, o empilhamento que apresentou os menores valores para os índices de falha foi o de + 45º e-45º nas camadas

externas. Este laminado foi escolhido para ser comparado com o modelo do painel reforçado metálico, e esta comparação mostrou que o painel reforçado em compósito suporta cargas mais elevadas. Assim, o painel reforçado em compósito é considerado o melhor para a análise do comportamento do pós-flambagem. Palavras-chave: tração diagonal, análise de pós-flambagem, modelo de elementos finitos, material compósito.