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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Tópicos de Pesquisa
Prof. Maurício Vicente Donadon ([email protected])
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Departamento de Engenharia Aeroespacial
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2
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Aplicação de Compósitos em Asa
Alongada
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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3
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
DESCRIÇÃO DO PROJETO
Esse projeto é um dos projetos estruturantes que compõem a plataforma
de avião verde em desenvolvimento com a EMBRAER. O projeto tem
como objetivos:
(i) caracterização experimental do comportamento estático e dinâmico
(fadiga) de junções coladas, co-coladas e obtidas via colagem secundária
em estruturas de material compósito considerando efeitos
higrotermoelásticos;
(ii) formulação e implementação numérica de um modelo constitutivo de
dano para prever o comportamento das junções citadas em (i),
(iii) validação do modelo de dano proposto a níveis de coupon e
subcomponentes.
Instituições parceiras: EMBRAER, ITA
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Modos de falha tipicos observados em compósitos
Falha Intralaminar Falha Interlaminar
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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5
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Caracterização do tenacidade à fratura
interlaminar em laminados compósitos
DCB-ASTM D 5528-94a 4 ENF - MERL
MMB - ASTM D 6671-01
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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6
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
Caracterização do tenacidade à fratura
interlaminar em laminados compósitos
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7
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
0 2 4 6 8 10 12-10
0
10
20
30
40
50
Deslocamento (mm)
Carg
a (
N)
0 2 4 6 8 10 12-0.16
-0.14
-0.12
-0.1
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
Deslocamento (mm)
Marc
ador
de T
rinca (
mm
/mm
)
30 35 40 45 50 55 600.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
a(mm)
G(N
/mm
)
Experimental GI
Média GI
Desvio GI (-)
Desvio GI (+)
Experimental GII
Média GII
Desvio GII (-)
Desvio GII (+)
Inspeção CDPs
Preparação CDPs
Ensaios
Redução de dados (ambiente MATLAB)
Caracterização do tenacidade à fratura
interlaminar em laminados compósitos
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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8
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 1 2 3 4 5 6
GIIc (kJ/m2)
GIc (
kJ/m
2)
Power Law
Experimental
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
Caracterização do tenacidade à fratura
interlaminar em laminados compósitos
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
2 2 2
0 0 0
0
1
1
1
fi
I II III
I II III
I II III
Ic IIc IIIc
i i i i ii i i
initiation criterion
G G Gpropagation criterion
G G G
G d K d
1
2 2 2 2
0 0 0 0
1
2 2 2 2 2
0
cos sin cos sin sin
cos sin cos sin sin2
ww uu vv
I II III
ww uu vvf
Ic IIc IIIc
K K K
K K K
G G G
Modelo de dano para prever o comportamento de
junções coladas, co-coladas e obtidas via
colagem secundária
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Displacement (mm)
Lo
ad
(N)
0 10 20 30 40 50 60 700
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Experimental
Numerical
Displacement (m)
Lo
ad
(N)
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.0050
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
Experimental
Numerical
Displacement (mm)
Lo
ad
(N)
0 5 10 150
50
100
150
200
250
300
350
Experimental (MMB 25%)
Numerical (MMB 25%)
Experimental (MMB 50%)
Numerical (MMB 50%)
Experimental (MMB 75%)
Numerical (MMB 75%)
Validação dos modelos de dano propostos
(Regime Estático)
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
B
M
M a
N (cycles)
a(m
m)
0 500000 1E+06 1.5E+06 2E+0630
35
40
45
50
2
I
MG
BEI
GI/G
Ic
Da
/DN
(mm
/cycle
)
0.2 0.3 0.4
10-6
10-5
10-4
10-3
Experimental
Numerical
0.001
1.800
0.500
C
Validação dos modelos de dano propostos
(Regime Dinâmico-Fadiga)
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
maxF
minF
F
maxF
minF
F
Validação dos modelos de dano propostos
(Regime Dinâmico-Fadiga)
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Possíveis Temas de Doutorado
(i) Caracterização experimental de junções coladas em estruturas
laminadas de compósitos considerando efeitos higrotermoelásticos;
(ii) Modelagem numérica de dano interlaminar induzido por fadiga em
junções coladas aplicadas em estruturas aeronáuticas de material
compósito.
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Aplicação de materiais inteligentes
em aeroservoelasticidade
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
DESCRIÇÃO DO PROJETO
Esse projeto tem como objetivos investigar a aplicabilidade e efetividade
do uso de materiais inteligentes (piezelétricos, viscoelásticos, ligas de
memória de forma etc.) nos controles ativos e passivos para supressão de
flutter em estruturas aeronáuticas.
Instituições parceiras: ITA, UFU, EMBRAER
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Materiais Viscoelasticos
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Materiais Viscoelasticos
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
(3) constraining layer
(1) base plate
(2) viscoelastic core
1 2
34
x
y
z
a
bw
u1v1
v3
u3 x
y
h1
h2
h3
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Materiais Piezoelétricos
(Efeito Piezoelétrico Inverso)
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Materiais Piezoelétricos
(Efeito Piezoelétrico Direto – Shunt Circuits)
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
Circuitos elétricos shunt ressonantes (R.L.C.) são análogos aos
Absorvedores Dinâmicos de Vibração (A.D.V.), onde:
Indutância Massa (inércia);
Capacitância Mola (acumulador de energia);
Resistência Amortecedor (dissipador de energia).
Shunt multi-modal, usando uma única pastilha piezelétrica.
Assim, o circuito elétrico shunt deve ser “sintonizado” para amortecer os
modos de vibração desejados.
O pzt se comporta como um capacitor. Sintonizar o circuito shunt é,
portanto, encontrar:
Indutância ótima;
Resistência ótima, para os modos desejados.
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20
Instituto Tecnológico de Aeronáutica
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Materiais Piezoelétricos
(Efeito Piezoelétrico Direto – Shunt Circuits)
50100
150200
250
1940
1945
1950
1955
1960
1965
-50
0
50
100
Frequência [Hz]
Velocidade [Km/h]
Am
plit
ude [dB
]
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
LNCA – Aplicação de Materiais Inteligentes em Aeroservoelasticidade
Controle Passivo de Flutter em Painéis
Aeronáuticos utilizando Ligas de Memória de
Forma
Volume representativo de material
Variação da velocidade de
flutter de painéis planos com
a temperatura e fração
volumétrica de SMA
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Instituto Tecnológico de Aeronáutica
Possíveis Temas de Doutorado
(i) Comportamento aeroelástico de laminados compósitos híbridos
reforçados com fibra de carbono e ligas de memória de forma;
(ii) Aplicação de circuitos elétricos shunt para controle de estabilidade
aeroelástica de placas laminadas de material compósito com camadas
viscoelásticas
(iii) Aplicação de materiais inteligentes em aeroacústica
LNCA – Aplicação de Compósitos em Asa Alongada