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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847055| Título: | Buckling analysis of stiffened composite panels with cutouts using the discrete Ritz method |
| Autor(es): | Lobianco, Lucas Garcia de Sampaio |
| Orientador(es): | Donadon, Maurício Vicente |
| Palavras-chave: | Painés Placas reforçadas Materiais compósitos Engenharia de materiais |
| Áreas de conhecimento da DGPM: | Aeronáutica |
| Data do documento: | 2024 |
| Editor: | Instituto Tecnológico da Aeronáutica (ITA) |
| Citação: | LOBIANCO, Lucas Garcia de Sampaio. Buckling analysis of stiffened composite panels with cutouts using the discrete Ritz method. 2024. 129 f. Dissertation of Master of Science – Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos. |
| Descrição: | A idealização da seção crítica de um componente estrutural de uma aeronave é uma abordagem estratégica na engenharia aeroespacial, equilibrando a necessidade de análise detalhada com as praticidades de projeto e a melhoria do desempenho numérico do modelo. Assim, é possível concentrar esforços nos aspectos mais cruciais do projeto da aeronave, garantindo a segurança, o desempenho e a eficiência do produto final. Nesse contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo semianalítico utilizando o software Matlab® e empregando o Método de Ritz Discreto e o princípio da energia potencial total estacionária para conduzir análises de pré-flambagem e determinar a carga crítica de flambagem de placas com recortes circulares e reforços. Uma metodologia é proposta para minimizar o esforço computacional requerido pelo modelo. Além disso, com o uso de polinômios hierárquicos, pode-se simular diversas condições de contorno de borda, com a realização de apenas um set de integrações. O modelo desenvolvido é validado através de comparações com a literatura existente, análise de elementos finitos utilizando o software Abaqus® e testes experimentais envolvendo a flambagem de painéis de um estabilizador horizontal de uma aeronave sob a condição de carregamento de cisalhamento puro, utilizando-se uma configuração de teste do tipo picture frame, conforme previsto em (SINGER et al., 1998). Os resultados numéricos e experimentais demonstram excelente concordância, indicando a robustez e precisão do modelo. A pesquisa destaca a eficiência do método proposto na redução do custo computacional, mantendo alta precisão, tornando-o uma ferramenta valiosa para analisar o comportamento de flambagem em aplicações de engenharia aeroespacial, naval, mecânica, dentre outras. Os estudos aqui apresentados sugerem que a combinação de polinômios hierárquicos e integração numérica via quadratura de Gauss-Legendre oferece vantagens significativas em termos de eficiência computacional e precisão. Apesar de pequenas discrepâncias observadas nas correlações com resultados experimentais, principalmente devido a variações nas condições de fixação e processos de manufatura do material, o estudo fornece uma estrutura abrangente para futuras pesquisas e implementação prática. |
| Abstract: | The idealization of the critical section of a structural component of an aircraft is a strategic approach in aerospace engineering, balancing the need for detailed analysis, addressing particular issues related to the engineering design and improvement on numerical performance of the model. Thus, it is possible to focus efforts on the most crucial aspects of aircraft design, ensuring safety, performance, and efficiency in the final product. In this context, this work presents the development of a semi-analytical model using Matlab® software and employing the Discrete Ritz Method and the principle of stationary total potential energy to conduct prebuckling analyses and determine the critical buckling load of plates with circular cutouts and stiffeners. A methodology is proposed to minimize the computational effort required by the model. Additionally, with the use of hierarchical polynomials, various edge boundary conditions can be simulated with only one set of integrations. The developed model is validated through comparisons with existing literature, finite element analysis using Abaqus® software, and experimental tests involving the buckling of panels of an aircraft’s horizontal stabilizer under pure shear loading conditions, using a picture frame testing jig, as outlined in (SINGER et al., 1998). The numerical and experimental results demonstrate excellent agreement, indicating the robustness and accuracy of the model. The research highlights the efficiency of the proposed method in reducing computational cost while maintaining high precision, making it a valuable tool for analyzing buckling behavior in aerospace, naval, mechanical engineering applications, among others. The findings presented herein suggest that the combination of hierarchical polynomials and numerical integration via Gauss-Legendre quadrature offers significant advantages in terms of computational efficiency and precision. Despite minor discrepancies observed between experimental and numerical correlations, mainly due to variations in clamping conditions and material manufacturing processes, the study provides a comprehensive framework for future research and practical implementation. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847055 |
| Tipo: | Dissertação |
| Aparece nas coleções: | Aeronáutica: Coleção de Dissertações |
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