| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 15.14 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
This work investigates different production methods and the mechanical and elastic
behavior of composite sandwich structures under bending stress. Fiber cloth materials like
carbon fiber and core materials like Airex foam, balsa wood, and honeycomb structures are
analyzed in different layups both experimentally and computationally.
The main objective of this study is to identify which composite sandwich has better mechanical properties and can be used as a lightweight structure for the wing skin of small
airplanes like UAVs. For that, a three-point bending test was performed and followed by a
structural analysis simulation in ANSYS® to validate the results obtained.
The samples tested have a relatively low thickness in order to be suitable for small UAVs
(less than 2.5 mm). All of the samples were produced with two layers of a lightweight 30 g/m2
carbon fiber cloth on each side of the sandwich and a core material. The balsa wood sandwich
was the most weight-efficient sample with a strength per unit of mass of 11.49 N/g and also
the most rigid with a flexural modulus of 3.18 GP a. The AIREX® C 70.75 foam sandwich
was the least weight efficient sample with a strength per unit of mass of 5.91 N/g and also
the least rigid with a flexural modulus of 0.86 GP a. The Nomex® honeycomb core sandwich
oriented in the lengthwise and widthwise direction had a strength per unit of mass of 9.62 N/g
and 9.11 N/g and a flexural modulus of 1.00 GP a and 1.08 GP a respectively.
Even though the finite element analysis results were not satisfactory, the experimental
procedures and experiments were successfully performed and enough data was collected in
order to take reliable conclusions concerning the use of the most adequate lightweight sandwich structure for UAV wings with the balsa wood sandwich being the one with the better
overall performance.
Este trabalho investiga diferentes métodos de produção e o comportamento mecânico e elástico de estruturas de sanduíche em compósito sob esforços de flexão. Materiais de tecido de fibra como fibra de carbono e materiais de núcleo como espuma Airex, madeira de balsa e estruturas de favo de mel são analisados em diferentes configurações, tanto experimentalmente quanto computacionalmente. O principal objetivo deste estudo é identificar qual a sanduíche em compósito que possui melhores propriedades mecânicas e pode ser usada nas cascas de asas para aviões de pequenas dimensões como UAVs. Para isso, foi realizado um ensaio de flexão em três pontos, seguido de uma simulação estrutural em ANSYS® para validar os resultados obtidos. As amostras testadas têm uma espessura relativamente baixa para serem adequadas para pequenos UAVs (menos de 2.5 mm). Todas as amostras foram produzidas com duas camadas de tecido de fibra de carbono com 30 g/m2 em cada lado da sanduíche e um material de núcleo. A sanduíche de madeira de balsa foi a amostra mais eficiente com uma resistência por unidade de massa de 11.49 N/g e também a mais rígida com um módulo de flexão de 3.18 GP a. A sanduíche de espuma AIREX® C 70.75 foi a amostra com menor eficiência com uma resistência por unidade de massa de 5.91 N/g e também a menos rígida com um módulo de flexão de 0.86 GP a. A sanduíche de Nomex® honeycomb orientado na direção longitudinal e transversal tinham uma resistência por unidade de massa de 9.62 N/g e 9.11 N/g e um módulo de flexão de 1.00 GP a e 1.08 GP a respectivamente. Embora os resultados da análise de elementos finitos não tenham sido satisfatórios, os procedimentos experimentais e as experiências foram realizadas com sucesso e dados suficientes foram coletados para tirar conclusões confiáveis sobre o uso da estruturas de sanduíche em compósito mais adequada para asas de UAV, sendo a sanduíche de madeira de balsa a com o melhor desempenho no geral.
Este trabalho investiga diferentes métodos de produção e o comportamento mecânico e elástico de estruturas de sanduíche em compósito sob esforços de flexão. Materiais de tecido de fibra como fibra de carbono e materiais de núcleo como espuma Airex, madeira de balsa e estruturas de favo de mel são analisados em diferentes configurações, tanto experimentalmente quanto computacionalmente. O principal objetivo deste estudo é identificar qual a sanduíche em compósito que possui melhores propriedades mecânicas e pode ser usada nas cascas de asas para aviões de pequenas dimensões como UAVs. Para isso, foi realizado um ensaio de flexão em três pontos, seguido de uma simulação estrutural em ANSYS® para validar os resultados obtidos. As amostras testadas têm uma espessura relativamente baixa para serem adequadas para pequenos UAVs (menos de 2.5 mm). Todas as amostras foram produzidas com duas camadas de tecido de fibra de carbono com 30 g/m2 em cada lado da sanduíche e um material de núcleo. A sanduíche de madeira de balsa foi a amostra mais eficiente com uma resistência por unidade de massa de 11.49 N/g e também a mais rígida com um módulo de flexão de 3.18 GP a. A sanduíche de espuma AIREX® C 70.75 foi a amostra com menor eficiência com uma resistência por unidade de massa de 5.91 N/g e também a menos rígida com um módulo de flexão de 0.86 GP a. A sanduíche de Nomex® honeycomb orientado na direção longitudinal e transversal tinham uma resistência por unidade de massa de 9.62 N/g e 9.11 N/g e um módulo de flexão de 1.00 GP a e 1.08 GP a respectivamente. Embora os resultados da análise de elementos finitos não tenham sido satisfatórios, os procedimentos experimentais e as experiências foram realizadas com sucesso e dados suficientes foram coletados para tirar conclusões confiáveis sobre o uso da estruturas de sanduíche em compósito mais adequada para asas de UAV, sendo a sanduíche de madeira de balsa a com o melhor desempenho no geral.
Description
Keywords
Cascas Leves Fea Fibra de Carbono Flexão em Três Pontos Rigidez à Flexão Sanduíche em Compósito Uav