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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-01072021-155630
Document
Auteur
Nom complet
Fernando Gonçalves Garcia
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2020
Directeur
Jury
Ramos Junior, Roberto (Président)
Gay Neto, Alfredo
Campello, Eduardo de Morais Barreto
Martins, Clovis de Arruda
Santiago, Rafael Celeghini
Titre en portugais
Influência do raio de filete na flambagem de painéis com reforçadores integrados.
Mots-clés en portugais
Engenharia
Engenharia aeronáutica
Estrutura de aeronaves (Otimização)
Flambagem
Método dos Elementos Finitos
Resumé en portugais
O uso de painéis com reforçadores integrados (PRIs), em asas de pequeno e médio porte ou em asas muito carregadas, é frequente na aviação. Essas estruturas de paredes finas são sujeitas a carregamentos compressivos durante sua vida útil que podem causar tanto a flambagem global quanto local do painel. Além disso, a busca de estruturas ainda mais leves faz com que a flambagem se torne cada vez mais importante no projeto de aeronaves. Não obstante a importância do método dos elementos finitos na obtenção das cargas críticas de flambagem de PRIs, resultados baseados em gráficos publicados pela NACA ainda são usados com frequência nas fases preliminares do projeto de asa. Contudo, esses gráficos consideram painéis idealizados e negligenciam detalhes geométricos como o raio de filete. O principal objetivo deste trabalho é a criação de novos gráficos que forneçam o coeficiente de flamgagem local de PRIs considerando o efeito do raio de filete. Para isto, centenas de modelos de elementos finitos de alta fidelidade foram simulados para a determinação dos coeficientes de flambagem corrigidos, considerando diversas configurações geométricas. Foi possível concluir, assim, que os coeficientes de flambagem local de PRIs podem ser significativamente aumentados quando se considera o efeito do raio de filete. A metodologia usada e sua validação, por meio de resultados e ensaios publicados, são apresentadas neste trabalho. Os aumentos médios da tensão de flambagem local verificados estão, na maioria dos casos, entre 24,8% e 65,4% em PRIs filetados, no regime linear, dependendo da geometria do painel. Este trabalho apresenta também uma metodologia de projeto para um PRI otimizado (com reforçador blade) sob uma determinada intensidade de carregamento considerando o raio de filete. Verificou-se que a redução de peso neste caso pode chegar a 10%, dependendo do nível de carregamento entre outros aspectos. Também foram discutidas e apresentadas neste trabalho: i) uma representação simplificada por elementos finitos de PRIs (com reforçadores blade) para a fase de pré-dimensionamento e detalhamento estrutural e ii) uma proposta para ensaio de um subcomponente representando um PRI para a avaliação do carregamento crítico de flambagem local e da condição pós-flambagem.
Titre en anglais
The influence of the fillet radius on the buckling of integrally stiffened panels.
Mots-clés en anglais
Aeronautical structures
Buckling
Fillet radius
Finite element method
Optimization
Stiffened panel
Structural analysis
Wing
Resumé en anglais
The use of integrally stiffened panels (ISP's) in wings of small and medium-sized aircraft, or in heavily loaded wings, is frequent in aviation. These thin-walled structures are subjected to compressive loads during their life-time that can cause both global and local buckling. In addition, the search for even lighter structures makes buckling increasingly important in aircraft design. Notwithstanding the importance of the finite element method to obtain the buckling loads of ISP's, some results based on charts published by NACA are still used in the preliminary phases of wing design. However, these charts consider only idealized panels and neglect geometric details such as the fillet radius. The main objective of this work is the creation of new charts that provide the local buckling coefficient of ISP's considering the effect of the fillet radius. To achieve this goal, hundreds of high fidelity finite element models were simulated for the determination of corrected buckling coefficients, considering several geometric configurations. Thus, it was concluded that the local buckling coefficients of ISP's can be significantly increased when considering the effect of the fillet radius. The proposed methodology and its validation via published results and tests are presented in this work. The averaged increases in local buckling stresses are, in most cases, between 24.8% and 65.4% in filleted ISP's in the linear elastic zone, depending on the panel geometry. This work also presents a design methodology for an optimized ISP (with blade stiffeners) under a given loading intensity considering the fillet radius effect. It has been found that the weight reduction in this case can reach 10%, depending on the loading level among other aspects. The following topics were also discussed and presented in this work: i) a simplified finite element representation of ISP's (with blade stiffeners) for the pre-sizing and structural detailing phase and ii) a proposal for testing a subcomponent representing an ISP for the evaluation of the critical local buckling load and the post buckling condition.
 
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Date de Publication
2021-07-12
 
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