Cargas e Estruturas. Feito por: Fabiano / Massuia

Transcrição

1 4º Fórum SAE Aerodesign 2009 Cargas e Estruturas Feito por: Fabiano / Massuia

2 Índice Cargas: O que é... Importância Interfaces Fluxograma Condições de Vôo Cargas nos Componentes Cargas no Trem de Pouso Ensaios Estruturas: Definições BásicasB Cargas Limite, Ultimate e MS Distribuição de carga nos componentes FEM Método de Elementos Finitos Análise Composto vs.. Metálico Ensaios Estruturais Referencias Bibliográficas

3 Cargas

4 O que é... Determinação das cargas atuantes em todos os componentes da aeronave, de modo m a permitir o projeto e dimensionamento estrutural dos componentes, assim como a sua especificação (sistemas).

5 O que é... Análise da interação ar-estrutura (cargas aerodinâmicas vibração da estrutura), visando garantir a estabilidade aeroelástica da aeronave. Flutter

6 Importância A análise de cargas e estabilidade aeroelástica é o primeiro passo no ciclo de projeto e análise estrutural de uma aeronave. As cargas definem a resistência necessária aos componentes estruturais da aeronave. A análise de estabilidade aeroelástica define requisitos de rigidez e ou distribuição de massa da aeronave. Ambas podem definir também m características dos sistemas da aeronave (arquitetura, confiabilidade, redundâncias, inspeções, etc...)

7 Interfaces Estruturas Aerodinâmica Cargas Peso e Centragem Requisitos Operacionais

8 Fluxograma Definição do Requisito Aeronáutico Modelamento da Aeronave Análise de Cargas Condições de Vôo Diagrama V-NV Analise das Condições Vôo (Manobra e Rajada) e Solo Ensaios Vôo e Estruturais Carga nos Componentes Asa, Fuselagem, Empenagens e TP

9 Condições de Vôo Principais Atividades: Definição do envelope de vôo da aeronave (velocidades de projeto e diagrama V-n). V Análise de todas as condições de vôo (manobras e vôo em turbulência), requeridas para determinação das cargas em vôo.

10 Cargas nos Componentes Principais Atividades: Loop D1 Preliminary Loop - RevB Determinação de cargas nos diversos componentes da aeronave, para as condições de vôo e solo nas quais os efeitos dinâmicos podem ser desconsiderados. BM (N-m) ZV - (m) Determinação das condições extremas para os diversos critérios rios de análise estrutural estática. tica.

11 Cargas no Trem de Pouso Principais Atividades: Projeto e estudo de regulagens do trem de pouso. Análise das condições de solo (pouso, táxi t e manobras no solo), necessárias para determinação de cargas na estrutura.

12 Ensaios Principais Atividades: Ensaios em túnelt Cargas, distr.. pressão Flutter Ensaios em vôo Cargas em vôo Flutter, buffeting Ensaios no solo Queda livre trens de pouso Ensaio de vibração

13 Estruturas

14 Definições BásicasB Asa componentes estruturais básicosb Longarina: : Principal componente da asa, para esta categoria, desde que utilize uma asa com longarina; Nervuras: Ajudam a dar forma para a asa, além é claro de ajudar a estrutura. Revestimento: Pode ou não ser estrutural, depende muito da concep epção adotada da asa. Reforçadores: Muito pouco utilizados no Aerodesign.. Ajudam a resistir a esforços os axiais. Fuselagem Responsável por armazenar a carga transportada, servos, motor, tanque de combustível, etc. Cauda Tail Boom Elemento que liga a empenagem na fuselagem. Responsável pela eficiência das superfícies de controle das empenagens.

15 Cargas Limite, Ultimate e MS Tensão Limite: Fim da região linear, quando o material exibe mais do que 2% de deformação permanente. Tensão Ultimate: : quando a material falha, não necessariamente igual a 1.5 * tensão limite (yield( stress). Mas utilizamos este método. m Existem allowables de materiais (tração, compressão, cisalhamento) e allowables de propriedades geométricas locais (crippling( crippling, buckling,, etc). MS = Tensão Aplicada / Allowable 1 MS deve ser maior que zero. Todos os valores menores que 0.5 devem ser analisados cuidadosamente para valores corretos s de carga e allowables. Para cada MS, indicar o tipo de falha previsto! Cada MS deve estar associada a um modo de falha!

16 Distribuição de carga nos componentes Asa / Fuselagem / Empenagem Momento Fletor / Momento Torçor / Força Cortante Estes devem ser aplicados em cada estação da Asa / Fuselagem / Empenagem. Caminho de carga Por onde a carga vai, qual componente da asa, fuselagem ou empenagem irá receber a maior parcela do carregamento. Efeitos Dinâmicos Flutter na empenagem. Trem de pouso Cargas de pouso / solo Componentes horizontais e verticais devem ser aplicadas nos pontos corretos. Efeitos secundários presentes. Momento Fletor Cortante Momento Fletor na Asa, Exemplo Momento Torçor Cortante na Asa, Exemplo Estação Momento Torçor na Asa, Exemplo Estações da Asa Estação

17 FEM Método de Elementos Finitos Conceitos Gerais FEM separa a estrutura em diversos elementos da mesma estrutura; Os nós n s de cada elemento são reconectados como se nós n s fossem prendedores que mantêm os elementos unidos; Os resultados são um conjunto de equações algébricas simultâneas. Graus de Liberdade (DOF) Continuum: infinitos DOF; FEM: : finitos DOF. Aplicações do FEM Entender como vários v elementos se comportam com formatos e carregamentos arbitrários, rios, condições de contorno; Possibilita a aplicação de restrições complexas, as quais permitem que estruturas complexas sejam resolvidas. Desvantagens do FEM FEM obtém m apenas soluções aproximadas; Muitos dados de entrada são necessários.

18 Análise Composto vs.. Metálico Material Composto: Observar os índices de falha em cisalhamento laminar ou entre lâminas, relativos ao menor allowable utilizado. Observar os maiores valores de deformação ou tensão (Limit( Stress/Strain) ) e comparar com os allowables referentes às s direções 1 e 2, i.e, X e Y do material no modelo. Material Metálico: Observar tensões de escoamento (yield( yield) ) e ruptura (ultimate( ultimate); esmagamento (bearing( bearing); compressão (compression( compression).

19 Ensaios Estruturais Levantar admissível dos materiais; Comportamento dos elementos estruturais; Verificar detalhes de projetos; Validar as análises feitas e o componente.

20 Ensaios Estruturais

21 Referencias Bibliográficas

22 Cargas: Resenha de Cálculo C de Peso e Centragem,, Cargas e Estruturas Aeronave Acrobática Leve Mario Lott (1989) Apostila Curso Tópicos T especiais em Cargas e Aeroelasticidade (programa PEE EMBRAER) (34Mb) < T. Lomax, Structural loads analysis for commercial transport aircraft: Theory and practice. Raymer D. P (1982) Aircraft design a Conceptual Approach. AIAA Educacional series Aircraft Structural Loads: Requirements, Analysis, Testing, and Certification < aid=6> Estruturas: NIU,, Michael Chun-Yung Yung: Airframe Structural Design; Airframe Stress Analysis and Sizing; Composite Airframe Structures; BRUHN,, E. F., Analysis and Design of Flight Vehicle Structures. JONES, Robert M., Mechanics of Composite Materials Metallic Materials Properties Development and Standardization (MMPDS) MPDS) Materiais Metálicos Mil-HDBK 17 Materiais Compósitos Geral: FAR Part 23, 25