Publicação: Comparação entre métodos analíticos e computacionais para o estudo do comportamento de olhais submetidos a reparos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA AEROESPACIAL::ESTRUTURAS AEROESPACIAIS
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Resumo
Em estruturas de trem-de-pouso, e aeroespaciais como um todo, é comum a utilização de
conjuntos de olhais para união de peças e componentes. Tal conjunto é constituído basicamente
pelo olhal, pelo pino e eventualmente por buchas. Mesmo sendo estruturas projetadas para resistir
às cargas transmitidas, podem colapsar ou terem que passar por reparos ao longo de sua vida
operacional. Diante desses, são necessárias novas análises estruturais, visto que a resistência
mecânica do componente é afetada. Para isso, existem metodologias analíticas e computacionais
amplamente utilizadas nos meios acadêmico e industrial. No entanto, apresentam limitações e
restrições em seu uso, fazendo com que, por vezes, precisem ser utilizadas conjuntamente. Posto
isso, foi desenvolvido neste projeto um estudo comparativo entre essas metodologias, com o
objetivo de avaliar como elas podem ser utilizadas de maneira conjunta. O trabalho se desenvolve
a partir da seleção de um olhal de ligação do trem-de-pouso na fuselagem de uma aeronave
comercial, e são simulados dois reparos na estrutura, que consistem em variar o diâmetro do
furo pelo qual passa o pino. A metodologia analítica utilizada é semi-empírica e baseada na
literatura clássica do início da década de 1950, e é utilizada para prever os modos de falha da
estrutura e calcular a carga admissível para cada um deles. O procedimento computacional, feito
por meio do Método dos Elementos Finitos no software ANSYS® (com auxílio do software
CATIA® para geração de geometrias), é utilizado para calcular tensões e vida em fadiga do
componente. Em relação às análises estáticas, as três geometrias se mostraram seguras, tanto
pelo cálculo analítico quanto pelo computacional. No entanto, em relação à análise de fadiga,
a terceira geometria apresenta vida da ordem de 12 000 ciclos, o que poderia ser insuficiente
dependendo da vida operacional da aeronave. Avaliando o que cada metodologia pode fornecer,
o Método dos Elementos Finitos mostrou-se como ferramenta mais completa, mesmo tendo sido
desenvolvido um modelo simplificado do olhal. Os cálculos analíticos, por sua vez, mostram
seu valor ao servirem de base para o projeto da estrutura, e também como validação do modelo
computacional.
Abstract
Lugs are found in a number of aerospace applications, including landing gear attachment points.
The main components of a typical assembly are the lug, the pin and bushing (if used). Even
though these structures are designed to resist applied loads, they may fail or may need to be
repaired over their operational life. In view of this, new structural analysis are required, since the
mechanical strength of the component is affected. For this, there are analytical and computational
methods widely used in academic and industrial applications. However, there are limitations
and restrictions in their use, so that sometimes they need to be used together. Therefore, it was
developed in this project a comparative study between these methodologies, with the objective of
evaluating how they can be used jointly. The work starts with the selection of a lug on the main
landing gear of a commercial aircraft, and the repairs consist in oversizing the pin hole diameter.
The analytical methodology used is semiempirical and developed in early 1950’s, and it’s used to
predict the failure modes in wich the structure can fail and calculate the allowable load for each
of them. The computational procedure, done by means of the Finite Element Method in ANSYS®
(CAE software) and CATIA® (CAD software), is used to evaluate stresses and the fatigue life
of the component. Regarding to static analysis, the component is safe for all repair conditions,
according to both methodologies. However, regarding to fatigue analysis, the component is not
safe for the last repair condition, as the fatigue life is 12 000 ciclos, which may be less than the
remaining airplane operation life. Evaluating what each methodology can provide, the Finite
Element proved to be the most complete tool, even though a simplified model of the lug assembly
was developed.. The analytical calculations, in turn, show their value by providing the basis for
the structure design, and also as a validation of the computational model.
Palavras-chave
Estruturas aeroespaciais, Aerospace structures., Olhal, Lug, Métodologias analíticas, Analytical method, Método dos elementos finitos, Finite element method
Citação
MEDINA, Giovanni José Filippin. Comparação entre métodos analíticos e computacionais para o estudo do comportamento de olhais submetidos a reparos. 2023. 63 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Aeronáutica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023.
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