| Resumo : |
Painéis laminados de compósito têm sido vastamente empregados na indústria aeroespacial. Para uma aplicação correta e eficiente faz-se necessário o conhecimento de como seus parâmetros de projeto - dimensões, esquema de laminação, quantidade e posição de reforçadores - afetam sua resistência e comportamento em meio a um escoamento. Um dos pontos de maior interesse em aplicações onde os painéis estão suscetíveis a escoamentos supersônicos (e.g. mísseis ou foguetes) é a condição de flutter que pode gerar situações de alta degradação e até mesmo catastróficas, sendo, portanto, comumente evitada. A pressão dinâmica crítica de flutter de um painel é largamente afetada pela presença de tensões provenientes de carregamentos aerodinâmicos e inerciais. Este trabalho propõe um método para avaliar os efeitos das tensões de cisalhamento no plano em painéis laminados de compósito na velocidade de flutter. É utilizada uma abordagem semi-analítica que permite a verificação rápida de diversas condições - diferentes condições de contorno, dimensões, sequência de laminação, tensões no plano, quantidade e localização de reforçadores - com poucas restrições ao modelo - painel fino de formato retangular com curvatura pouco acentuada em regime supersônico - através do uso de aproximações por polinômios ortogonais de Legendre. O equacionamento utiliza o princípio de Hamilton da minimização de energia potencial aplicado à teoria clássica de placas laminadas e à teoria do pistão de primeira ordem para a carga aerodinâmica. A solução é obtida pela aproximação numérica pelo método de Rayleigh-Ritz. São apresentados os resultados obtidos para diversas configurações de painéis: placas com sequência de laminação simétrica e antissimétrica, painéis planos reforçados, painéis cilíndricos reforçados; todos com avaliação de efeitos de ângulo de incidência do escoamento, parâmetros do material compósito, dimensões dos painéis e reforçadores. Observa-se que a tensão de cisalhamento no plano possui efeito significativo sobre a velocidade crítica de flutter, sendo geralmente prejudicial a estabilidade dinâmica. Alguns pontos merecem maior atenção, como os casos em que as cargas de cisalhamento aumentam a estabilidade do painel devido a um auxílio por tensionamento por tração das fibras, aumentando a resistência naquela direção. Situações como essas são interessantes para aplicações reais, pois permitem uma redução de peso através da minimização de margem de segurança. O uso do modelo semi-analítico é bastante eficiente para análises iniciais, pois permite a verificação de várias condições e escolhas mais corretas de projeto. Contudo, para aplicações finais que exijam melhor discretização do domínio, modelos numéricos são recomendados. |