Metamodel-based static and dynamic optimization of composite structures with ply drop-offs

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: DINIZ, Camila Aparecida
• Orientador(a): GOMES, Guilherme Ferreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Ply drop-off; Otimização; Metamodelo; Compósitos híbrido
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3368

Atualmente não existe uma equação analítica que seja capaz de analisar questões relacionadas ao desempenho de estruturas com ply drop-offs. Com intuito de suprir essa questão, um metamodelo usando Projeto de Experimentos e o algoritmo SunFlower para otimização do comportamento estático e dinâmico de estruturas com ply drop-offs foi proposto nesse estudo. Através de simulações numéricas e testes experimentais, uma caracterização sobre o comportamento estático e dinâmico de tubos escalonados híbridos e não híbridos foi proposta. Então, um metamodelo foi desenvolvido considerando os resultados obtidos com as simulações numéricas, onde a melhor localização para os ply drop-offs foi identificada e, posteriormente, esta localização ótima foi usada na manufatura dos tubos. Os resultados numéricos revelaram que o tubo híbrido reforçado com fibras de carbono e vidro suportou um maior carregamento em condições de flambagem quando comparado aos tubos não híbridos. Antes da manufatura dos tubos, um estudo comparativo experimental envolvendo estruturas sanduíches honeycomb considerando diferentes faces e núcleos foi desenvolvido com intuito de analisar as características de cada tecido aplicado na face das estruturas. Os resultados mostraram que o tecido híbrido reforçado com fibras de vidro e aramida não era viável na manufatura dos tubos. Então, para a manufatura das estruturas tubulares foram considerados os tecidos reforçados com fibras de carbono, vidro e carbono/aramida. Os resultados experimentais obtidos com as estruturas ótimas mostraram que a hibridização proporcionou um aumento no nível de amortecimento. As análises modais executadas com as estruturas intactas e danificadas demonstraram uma suave redução na primeira frequência natural e no fator de amortecimento para as estruturas danificadas. Então, estruturas tubulares sem drop-offs foram manufaturadas e testes experimentais foram realizados. A estrutura híbrida manufaturada com fibras de carbono, aramida e vidro provou ser uma opção promissora em condições de compressão, suportando um carregamento de 9,489 kN, enquanto a estrutura não escalonada suportou um carregamento de 13,283 kN. Além disso, essa estrutura foi considerada mais leve com massa de 53 gramas e revelou um custo de manufatura reduzido, quando comparado às outras estruturas híbridas. A estrutura híbrida não escalonada apresentou massa de 77 gramas, o que corresponde a uma massa 30% maior quando comparado à estrutura escalonada. Finalmente, o metamodelo baseado na otimização provou ser viável e vantajoso.