Browsing by Author "Carneiro, Pedro Miguel Cardoso"
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- Investigação e otimização topológica de nervuras obtidas através de fabrico aditivoPublication . Carneiro, Pedro Miguel Cardoso; Gamboa, Pedro VieiraO fabrico aditivo, em inglês Aditive Manufacturing (AM), surgiu nos últimos anos como uma tecnologia chave na fabricação de componentes estruturais de aeronaves. Este permite explorar topologias estruturais mais complexas e mais eficientes, bem como reduzir o desperdício de material. O presente trabalho tem como objetivo investigar as características de rigidez e resistência de várias nervuras com diferentes topologias estruturais prescritas ou optimizadas, construídas através de AM. Esta dissertação descreve o design, os procedimentos numéricos e experimentais e a otimização de nervuras fabricadas com ácido polilático (PLA) usando a tecnologia FDM (Fused Deposition Modeling). As topologias estudadas foram projetadas com base em algumas configurações tradicionais onde as cargas de flexão e as cargas de corte devem ser transmitidas ao longo da nervura para a longarina da asa. Estes layouts da nervura incluem treliças bidimensionais, favo de mel e topologias de lightening-hole, entre outros. As análises numéricas foram realizadas utilizando o módulo de análise estrutural estática do software Ansys Workbench para dois carregamento distintos. O primeiro carregamento é uma simplificação em que a força distribuída ao longo da corda, resultante da força de sustentação, é substituída por duas cargas concentradas equivalentes junto ao bordo de ataque e ao bordo de fuga. O objetivo aqui é analisar numericamente uma situação cuja validação experimental é viável. O segundo carregamento representa uma situação mais realista onde as cargas distribuídas são aplicadas nas superfícies superior e inferior do perfil aerodinâmico para produzir uma resposta estrutural melhorada durante o vôo. Uma função de mérito que contém a tensão máxima equivalente de von-Mises, o deslocamento máximo e a energia de deformação é calculada para avaliar quantitativamente quais as geometrias da nervura que apresentam o melhor desempenho estrutural. Além disso, um problema de otimização estrutural é realizado usando Topology Optimization (TO). Este método matemático, que otimiza o layout do material dentro de um determinado espaço de design para um determinado conjunto de cargas, condições de fronteira e restrições com o objetivo de maximizar o desempenho do sistema, é aplicado para minimizar a massa da nervura da asa sujeita a restrições de resistência e rigidez. Os resultados mostram um bom acordo geral entre os deslocamentos e tensões calculados numericamente e os resultados obtidos a partir de testes experimentais. A otimização topológica é útil para produzir nervuras estruturalmente melhoradas com layouts complexos não triviais que são facilmente obtidos por técnicas de AM. Algumas fontes de erros experimentais e numéricos são identificadas e alguns melhoramentos são propostos.