Carga crítica de flambagem de painel de carbono/epóxi para laminados QUAD e Double-Double: influência de parâmetros geométricos, de material e de plataformas comerciais de elementos finitos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Critical buckling load of carbon/epoxy panel for QUAD and Double-Double laminates: influence of geometric parameters, material properties, and commercial finite element platforms.
Primeiro orientador
Membros da banca
Estevam Barbosa de Las Casas
Thiago Henrique Lara Pinto
Thiago Henrique Lara Pinto
Resumo
A utilização de materiais compósitos na indústria aeronáutica teve início na década de 1960. Por serem
materiais relativamente recentes, ainda há grande potencial para pesquisas nos processos de fabricação
e metodologias de cálculo. O presente estudo tem como objetivo geral avaliar a carga de flambagem de
um painel reforçado construído em fibra de carbono (CFRP) utilizando o método dos elementos finitos
(MEF). Como objetivos específicos, este estudo propõe desenvolver e validar modelos através dos
softwares comerciais Nastran®, OptStruct® e Abaqus®, bem como dados experimentais disponíveis na
literatura. Além disso, identificar os principais parâmetros geométricos e de material que influenciam na
carga de flambagem, e ainda otimizar uma proposta de lay-up para o laminado do painel utilizando a
teoria do laminado Double-Double. Verificou-se que os parâmetros mais influentes no cálculo da carga
crítica de flambagem foram o modo de elasticidade longitudinal (E1) e a espessura das lâminas (t). Além
disso, foi visto que o modelo Double-Double suportou carga 66% superior ao modelo QUAD, quando
comparado laminados com o mesmo número de camadas. O estudo conseguiu relacionar a influência da
carga crítica de flambagem em três Solvers, as propriedades mecânicas e geométricas do painel em duas
configurações de lay-up dos laminados. Também foi observada a possibilidade de se projetar estruturas
mais leves utilizando a configuração Double-Double.
Abstract
The use of composite materials in the aerospace industry began in the 1960s. As relatively recent
materials, there is still significant potential for research into manufacturing processes and calculation
methodologies. The general objective of this study is to evaluate the buckling load of a reinforced panel
constructed from carbon fiber reinforced polymer (CFRP) using the finite element method (FEM). The
secondary objectives of this study are to develop and validate models using commercial software such
as Nastran®, OptStruct®, and Abaqus®, as well as experimental data available in the literature.
Additionally, the study aims to identify the main geometric and material parameters influencing the
buckling load and to optimize a lay-up proposal for the panel's laminate using the Double-Double
laminate theory. It was found that the most influential parameters in the calculation of the critical
buckling load were the longitudinal modulus of elasticity (E1) and the ply thickness (t). Moreover, the
Double-Double model supported a 66% higher load compared to the QUAD model when laminates with
the same number of layers were compared. The study successfully related the influence of the critical
buckling load across three solvers, the mechanical and geometric properties of the panel with two
laminate lay-up configurations. It was also observed that lighter structures could be designed using the
Double-Double configuration.
Assunto
Engenharia de estruturas, Método dos elementos finitos, Compósitos, Fibras de carbono, Flambagem (Mecânica), Monte Carlo, Método de
Palavras-chave
materiais compósitos, painéis reforçados, análise de flambagem, método dos elementos finitos, Double-Double, análise de Monte Carlo, análise de sensibilidade global, índices de Sobol