Prof. Dr. Wesley Gis CECS/UFABCSanto Andr, maio de 2015

EN 2225 - Projeto de Elementos Estruturais de Aeronaves I

- Segundo Quadrimestre de 2015 -

Universidade Federal do ABC

Introduo

Tema Central da Mecnica das Estruturas

Determinar

Tenses Deformaes Deslocamentos

Em qualquer ponto e instante, para dada condio de foras aplicadas e vinculao impostas.

Com a determinao desses campos, pode-se projetar estruturas aeronuticas para atender os requisitos de

segurana, estabelecidos pelas autoridades aeronuticas (FAA, ANAC,TCCA, EASA), com minimizao de peso!

Introduo

Tenses

Deformaes

Deslocamentos

Mecnica das Estruturas

Introduo

Define-se estrutura como corpo ou arranjo de corpos formando um sistema capaz de proporcionar equilbrio

esttico e dinmico de certo conjunto de foras (ativas)

Estruturas seguras x Estruturas leves

Resistncia, Rigidez, Estabilidade e Fadiga

Introduo

Fuselagem, asas, empenagem vertical e horizontal, assentos, pisos estruturas compostas

fundamentalmente de barras, cascas, placas e elementos de ligao;

Algumas das estruturas tm caractersticas aerodinmicas;

Na figura do prximo slide, destacam-se aes externas tpicas em situaes de voo, representadas de modo

simplificado mediante foras resultantes ou distribudas por unidade de comprimento;

Introduo

Ricardo, O.G.S., Teoria das Estruturas. McGraw-Hill do Brasil, 1978.

Introduo

Modelagem Terica Procedimentos da Mecnica das Estruturas. Deve partir de uma avaliao conceitual preliminar sobre o tipo de abordagem que ser mais

representativa do problema em questo: anlise unidimensional, plana ou tridimensional, esttica ou

dinmica, linear ou no-linear, por exemplo;

Modelagem

Idealizao da Geometria da Estrutura;

Idealizao das Foras Aplicadas;

Representao matemtica de restries gerais de equilbrio, compatibilidade e constitutiva, alm das condies de contorno;PVC

Introduo

Questes Importantes da Modelagem !

Continuidade do Meio, Linearidade Fsica e Geomtrica,Condio de Equilbrio, Lei Constitutiva, Modelos Cinemticos;

Esforos Internos, Flexo Pura, Simples, Composta, Centrode Gravidade, Centro de Cisalhamento, Momentos de Inrcia,Toro, Teoria da Elasticidade e Flambagem.

Introduo

Introduo

Resolver o Modelo Matemtico estabelecido no processo de Modelagem Estrutural...!

Mtodos Numricos Mtodo dos Elementos Finitos Ansys, Nastran, Patran, Abaqus, etc...

PTV Princpio dos Trabalhos Virtuais

Todos esses aspectos conceituais sero tratados, direta ou indiretamente, ao longo do curso Aplicaes

Aeronuticas!

Introduo

Componentes Estruturais de Avies Conceitos Gerais

A funo bsica dos componentes ou elementosestruturais proporcionar os mecanismos de resistnciae transmisso das foras aplicadas. No caso dasaeronaves, como j apontado, uma funo adicional doconjunto estrutural de prover uma forma aerodinmicaeficiente ao conjunto.

Para fins de concepo estrutural, as aeronaves podem seridealizadas como um arranjo de partes, possuindo cada uma delascaractersticas especficas.

Introduo

Peery, D.J., Azar, J.J., Aircraft Structures, McGraw-Hill, Inc., 1982.

Introduo

Em princpio, as estruturas aeronuticas poderiam ser formadassomente por cascas.

Cascas Estruturas de superfcie curva, de espessura muito fina,capazes de movimentar mecanismos de resistncia a partir dedistribuies de tenses normais e de cisalhamento contidas emplanos tangentes s suas superfcies mdias.

Cascas Podem perder estabilidade quando sob compresso e noso eficientes para resistir a foras de natureza mais concentradaaplicadas segundo a direo transversal sua superfcie.

Introduo

Cascas melhorar a eficincia estrutural nos aspectosmencionados levaria a um aumento indesejvel de sua espessura.

Combinar as Cascas com elementos de reforo.

Estruturas de avies incluem elementos ditos de reforo longitudinale transversal que se combinam com as cascas, de modo que estaspassam a compor, tambm, o revestimento externo.

Os elementos de reforo apresentam dimenses que contribuempara a formao adequada dos mecanismos de transmisso eresistncia, em ltima anlise, preservando a integridade esatisfazendo os requisitos de desempenho estrutural do conjunto.

Introduo

Elementos de reforo podem ou no existir.

Sim No

Semi-monocoque Monocoque

A opo por uma ou outra concepo depende, essencialmente, do tipo de foras a que a estrutura pode estar sujeita e de funes complementares que

deva desempenhar.

Introduo

Semi-monocoque

Introduo

Introduo

Introduo

As asas, quando submetidas, simultaneamente ou no, ao deforas de peso prprio, de sobrecarga (como pesos decombustvel e trens de pouso), de sustentao e de inrcia(estas, sobretudo movimentadas nas situaes de manobras devoo), genericamente devero apresentar deformaes porFLEXO e TORO.

Nessas condies, os mecanismos resistentes e de transmissotm como resultantes nas sees transversais: momentos deflexo, de toro e foras de corte (cortantes).

Introduo

O conjunto estrutural responsvel pelo equilbrio das forasaplicadas ao longo da asa formado por elementos desuperfcies (cascas) e elementos de reforo transversal(nervuras ou ribs) e longitudinal (barras ou spars estringers).

Introduo

Introduo

Barras e Stringers elementos de eixo reto com seestransversais em forma poligonal aberta formada por trechos deespessura fina.

Ao movimentar tenses normais e de cisalhamento oselementos de cascas quanto os elementos de reforo interagemcolaborando na formao dos mecanismos de equilbrio. De modosimplificado, pode-se idealizar que os momentos de flexo nassees transversais das asas resultam de tenses normais que sedistribuem nas cascas, barras e stringers.

Introduo

As foras cortantes e os momentos de toro resultam, por suavez, de tenses de cisalhamento distribudas ao longo das cascase nervuras e almas das barras.

Nervuras forma aerodinmica da seo transversal da asa ecolaboram na preveno da eventual perda de estabilidade dosoutros elementos, uma vez que o conjunto esteja submetido compresso longitudinal.

As barras e stringers colaboram tambm na preveno perdade estabilidade das cascas. Esse aspecto, alis, um doismotivos que norteia a definio do nmero de elementos dereforo ao longo da asa; os outros motivos so relacionados aosefeitos localizados que aparecem nas ligaes com a fuselagem,com trens de pouso e com elementos de controle, como aileronse flaps, alm de foras oriundas do empuxo dos motores, pesodo combustvel, etc.

Introduo

Introduo

A fuselagem j no desempenha papel significativo em relao resistncia a foras de natureza aerodinmica. A sua finalidadepreponderante est na resistncia a foras de reao idealmenteconcentradas nas ligaes com as asas, cauda e trem de pouso,alm de suportar o carregamento proveniente do peso prprio depessoas e sobrecargas. No caso de avies de transporte depassageiros, a fuselagem tambm deve resistir as pressesinternas.

Introduo

A composio estrutural da fuselagem consiste em casca desuperfcie e elementos de reforo longitudinal (stringers) etransversais (cavernas).

Introduo

A fuselagem tambm pode estar solicitada por flexo, toro ecorte. Nas sees transversais ao longo do seu comprimento, osmomentos de flexo resultam da composio de tenses normaisnas cascas e stringers.

J o momento de toro e a fora de corte resultam de tensesde cisalhamento nas cascas. Entretanto, levando-se em conta areciprocidade das tenses de cisalhamento, possvel mostrarque tambm os stringers e cavernas colaboram na transmissodaqueles esforos ao longo da fuselagem.

Introduo

Foras sobre ascavernas oriundas depresso interna eestrutura desuporte.