Pesquisadores da Virginia Tech desenvolvem IGA para modelagem mais eficiente de compósitos skin-stringer com recortes complexos

Estruturas unitizadas estão sendo usadas para construir aeronaves mais leves e ecológicas. Esses materiais compostos avançados e multicamadas oferecem altas taxas de resistência e peso e, portanto, estão sendo cada vez mais usados ​​nas indústrias aeroespacial e de construção naval, entre outras.

Porém, quando utilizadas em veículos espaciais hipersônicos, tais estruturas experimentam elevação significativa de temperatura em um curto espaço de tempo, resultante do aquecimento aerodinâmico devido ao atrito entre a superfície do veículo e a atmosfera. Esses fenômenos são mais proeminentes durante os processos de reentrada e lançamento. Por este motivo, considerar os efeitos térmicos é importante no projeto e na análise de tais estruturas.

Devido a um aumento nos requisitos impostos aos compósitos laminados, para uma infinidade de aplicações de engenharia, o uso de placas com recortes de formato arbitrário é inevitável. Porém, a resposta das estruturas às cargas pode ser significativamente afetada devido à presença de tais recortes. Como o estudo de compósitos laminados com recortes é um problema complexo, métodos numéricos são amplamente utilizados. Agora, pesquisadores do Virginia Polytechnic Institute e da State University (Virginia Tech, Blacksburg, Va., EUA) combinaram a análise isogeométrica (IGA) recentemente desenvolvida para modelar painéis compostos curvilinearmente enrijecidos com recortes de várias formas e tamanhos.

De acordo com o Dr. Balakrishnan Devarajan, um ex-aluno de Ph.D. do Grupo de Estruturas Unificadas da Virginia Tech, “IGA oferece maior precisão e eficiência e representa a geometria exata dos reforços em cada nível de refinamento da malha. Também permite mais flexibilidade no refinamento perto das áreas onde os reforçadores e a placa composta estão conectados. ”

O desenvolvimento concluído pelo Dr. Devarajan e seu colaborador, Dr. Rakesh Kapania, apresenta uma nova maneira de alcançar a continuidade do deslocamento entre os pontos de controle do reforço e da placa usando uma matriz de função de interpolação. O reforço curvilíneo foi gerado com precisão por apenas três pontos de controle (Fig. 1). Os pesquisadores usaram vários patches para criar geometrias de recorte complexas e também formularam uma metodologia para impor condições de interface que preservaram a continuidade de ordem superior em vários patches. O método desenvolvido evita a necessidade de ter os nós de reforço coincidentes com os nós da placa.

A análise e comparação com métodos de elementos finitos padrão mostram taxas mais altas de convergência, precisão e eficiência usando IGA. Este trabalho estará disponível em breve como código aberto no GitHub. A pesquisa foi publicada no Composite Structures artigo:“Flambagem térmica de placas compósitas laminadas enrijecidas curvilineamente com recortes usando análise isogeométrica”.