Simulação numérica do comportamento mecânico de estruturas reforçadas

• Autor(a) principal: Paulo, Rui Miguel Ferreira
• Data de Publicação: 2011
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/7233
• topic: Engenharia mecânica; Engenharia de estruturas: Comportamento mecânico; Materiais reforçados; Alumínio; Encurvadura; Deformações mecânicas

Os painéis reforçados são constituídos por uma placa de base com reforços numa ou mais direcções, permitindo a obtenção de estruturas leves e com grande resistência. Na maior parte dos casos o cálculo estrutural concentra-se nas cargas de compressão longitudinais a que estes painéis estão sujeitos. No presente trabalho são descritos métodos analíticos e empíricos que permitem o cálculo da carga máxima que um painel reforçado de alumínio consegue suportar (carga crítica). Contudo, a aplicabilidade destes métodos está limitada no que concerne a condições de fronteiras, propriedades de material e tipologias de reforço, para além das previsões da carga crítica fornecidas nem sempre serem exactas. O uso do Método dos Elementos Finitos (MEF), muito embora implique tempos de implementação e cálculo muito superiores ao dos outros métodos, permite uma generalidade de aplicação e exactidão superiores. No presente trabalho foram efectuadas análises através do MEF, usando o programa de simulação Abaqus. Foi possível encontrarem-se modelos capazes de reproduzir o comportamento obtido experimentalmente para painéis reforçados de alumínio sujeitos a forças de compressão longitudinais. As análises efectuadas com elementos finitos do tipo casca possibilitaram a obtenção de previsões exactas para a carga crítica. Foram também efectuadas análises de sensibilidade ao refinamento de malha para diferentes elementos do tipo casca, permitindo a obtenção de tempos de cálculo reduzidos sem afectar significativamente os resultados. O efeito da utilização de diferentes geometrias e magnitudes das imperfeições iniciais dos painéis foi também testado, usando as deformadas obtidas pela análise de valores próprios, tendo sido verificada grande sensibilidade a ambos os factores. Numa fase posterior, foram efectuadas optimizações estruturais dos painéis usando o algoritmo de optimização HDEPSO (hydrid differencial evolution and particle swarm optimization). Com base neste algoritmo, foram obtidas reduções de peso superiores a 14 % para painéis com reforços do tipo L. A utilização de diferentes geometrias de imperfeição inicial mostrou afectar significativamente os resultados do processo de optimização, quer nas dimensões da estrutura optimizada quer no peso final da mesma. De forma sumária, o presente trabalho de investigação conduziu ao desenvolvimento de ferramentas de projecto à encurvadura de painéis reforçados para a indústria aeronáutica e naval, baseadas em técnicas numéricas computacionais, e que se mostraram eficientes na simulação do comportamento de tais estruturas.