Análise de longarina de asa: dimensionamento e ponderações sobre uso de núcleos celulares

Abstract

O uso de núcleos esponjosos bem como o uso de estruturas do tipo Honeycomb tem sido amplamente difundidos na indústria aeronáutica e aeroespacial como forma de diminuir o peso das estruturas e ao mesmo tempo melhorar suas propriedades geométricas, de inércia e resistências a torção e flexão sem um acréscimo significativo de peso. Tendo em vista o crescente aumento do uso de técnicas de manufatura aditiva, incluindo impressoras 3D, como forma de racionalizar a fabricação de geometrias complexas e os recentes estudos sobre estruturas celulares, o presente trabalho visou o dimensionamento de uma longarina fabricada em CFRP com núcleo esponjoso convencional, tendo em vistas também o estudo das potencialidades sobre o uso de um núcleo celular impresso. Além disso foram avaliados os comportamentos estruturais das longarinas em termos tensoriais, de deslocamento/deformação, de custos, bem como o cálculo das margens de segurança intrínsecas como Tsai-Hill para as lâminas em CFRP e Von-Mises para os núcleos, se utilizando para tudo isso de um modelo em elementos finitos configurado no software Ansys. Os estudos preliminares realizados demonstraram que é promissor o uso de núcleos celulares impressos, sobretudo quando compara-se as propriedades, tensões e margens de segurança de cada um bem como quando compara-se o custo de impressão ao de aquisição recorrente de placas de espuma PVC.

The use of porous polymeric cores as well as the use of Honeycomb-type structures has been widely spread in the aeronautical and aerospace industry as a way to reduce the weight of structures and at the same time improve their geometric properties, inertia and resistance to torsion and bending without a significant weight gain. Considering the increasing use of additive manufacturing techniques, including 3D printers, as a way to rationalize the fabrication of complex geometries and the recent studies on cellular structures, the present work aimed at the design of a stringer made of CFRP with a porous polymeric conventional core, with a view also in the study of the potential on the use of a 3D printed cell core. In addition, the structural behavior of the stringers were evaluated in terms of tension, deformation, costs, as well as the calculation of intrinsic safety margins such as Tsai-Hill for CFRP layers and Von-Mises for the core layer. For this we used a finite element model configured in Ansys software. Preliminary studies have shown that the use of printed cell cores is promising, especially when comparing the properties, tensions and safety margins of each one, as well as when comparing the cost of 3D printing to the recurrent acquisition of PVC foam plates.