Publicação: Abordagem transiente sobre os efeitos do amortecimento viscoelástico na estabilidade aeroelástica de estruturas aeronáuticas
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOS::DINAMICA DOS CORPOS RIGIDOS, ELASTICOS E PLASTICOS
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Resumo
O flutter, que é um tipo de instabilidade aeroelástica, é um fenômeno causado pela
interação simultânea das forças aerodinâmicas, elásticas e inerciais em uma estrutura. No
projeto de aeronaves, este é sempre um tema de extrema importância devido ao alto risco
de colapso estrutural. A busca incessante por soluções que visam aumentar a eficiência
das aeronaves e consequentemente reduzir impactos ambientais, têm motivado o uso de
conceitos como asas de grande alongamento, bem como o emprego de novos materiais.
Porém, estas soluções se tornam um enorme desafio de engenharia do ponto de vista
estrutural, uma vez que há um grande aumento da flexibilidade da estrutura tornando-a
propensa ao flutter. Neste sentido, o uso de técnicas passivas de controle de vibração,
como o emprego de materiais viscoelásticos, pode ser uma solução viável para o aumentar
a eficiência aeroelástica do sistema, devido à sua grande capacidade de amortecimento
estrutural.
As indústrias automotiva e aeronáutica utilizam amplamente os materiais viscoelásticos
com o objetivo principal de atenuação de ruídos, ou pequenas vibrações. Pouco
conhecimento se tem sobre o real efeito do amortecimento viscoelástico para atenuar instabilidades
aeroelásticas. Neste contexto, modelos aeroelásticos quase sempre envolvem
altos custos computacionais, e a introdução da viscoelasticidade nos mesmos pode tornálos
proibitivos. Assim, a criação e emprego de modelos viáveis e capazes de representar o
comportamento dinâmico de sistemas aeroviscoelásticos é um desafio.
O foco deste trabalho, foi viabilizar modelos aeroviscoelásticos, aplicando técnicas de
redução e pelo aperfeiçoamento matemático daqueles já existentes. Foram estudados três
tipos de sistemas aeroviscoelásticos: painéis aeronáuticos, uma seção típica não linear e
por fim uma asa representativa com grande alongamento. Três teorias de carregamento
aerodinâmico são empregadas: a Teoria do Pistão para painéis, a Teoria de Wagner não
estacionária para a seção tipica e a Teoria das Faixas, também não estacionária, para a
asa. Salvo os modelos de painéis aeronáuticos, tanto a seção típica quanto o modelo de
asa são validados experimentalmente em túnel de vento.
Abstract
Flutter is a kind of aeroelastic instability caused by the simultaneous interaction of
aerodynamic, elastic and inertial forces upon a structure. In the design of1 an aircraft,
flutter is always a major concern due to its high risk of structural collapse. The constant
search for solutions intended to increase aircraft performance and consequently reduce
environmental impacts has motivated the use of new concepts, such as high aspect ratio
wings and the employment of new materials. However, those solutions become an important
structural challenge, since they induce an increase of flexibility making the structure
prone to flutter. Thus, the use of passive vibration control techniques, such as viscoelastic
materials may be a feasible solution to increase the system aeroelastic performance as a
result of its high structural damping rate.
Automotive and aeronautical industries largely employ viscoelastic materials to mitigate
noise and small vibrations. Little is known about the real effect of viscoelastic
damping to reduce aeroelastic instabilities. In this scenario, aeroelastic models always involve
high computational costs and introducing viscoelasticity within it may cause them
to be unfeasible. Therefore, the creation and employment of computational low costs
models capable of representing the dynamic behavior of aeroviscoelastic systems is a real
challenge.
The focus here is to create feasible aeroviscoelastic models by applying reduction model
techniques and mathematically improving the existent ones. Three kinds of aeroviscoelastic
systems has been studied: aeronautical panels, a non linear typical section and a
representative high aspect ratio wing. For those, three aerodynamic theories are used:
the Piston Theory for panels, the Unsteady Wagner’s Theory and the Unsteady Strip
Theory. Except for the panel models, experimental validation were carried through in
wind tunnel.
Palavras-chave
Cálculo Fracionário, Aeroviscoelasticidade, Elementos Finitos, Fractional calculus, Aeroviscoelasticity, Finite elements
Citação
CUNHA FILHO, André Garcia. Abordagem transiente sobre os efeitos do amortecimento viscoelástico na estabilidade aeroelástica de estruturas aeronáuticas. 2019. 183 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://dx.doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2208.