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Abstract:
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Em estruturas aeronáuticas, é comum a necessidade de furos nos painéis estruturais da aeronave para a passagem de cablagem, eixos de mecanismos, entre outros sistemas necessários para o bom funcionamento da aeronave. Portanto, é importante avaliar qual o impacto dessas descontinuidades nos painéis estruturais, dado que esses absorvem cargas significativas durante o voo. Estas estruturas são projetadas para serem leves e resistentes, fazendo uso de baixas espessuras de placas nos componentes, o que os tornam propensos a flambagem sob compressão. A equação de instabilidade elástica de placas planas em compressão introduz um coeficiente de flambagem que depende das condições de contorno e da razão geométrica da placa. Os coeficientes de flambagem de placas sob compressão são obtidos através de ábacos disponíveis na literatura que contemplam placas sem furos em condições de contorno determinadas. Portanto, para o cálculo de estabilidade estrutural de estruturas com furos, é necessário realizar análises computacionais ou uma aproximação conservativa para garantir a estabilidade da estrutura. Dessa forma, este trabalho preenche a demanda por um ábaco que contemple a determinação de coeficientes de flambagem de painéis planos com furos centralizados e com furos reforçados sob compressão. Utilizando simulações pelo método de elementos finitos no software Nastran e modelos preparados no software Femap, foram obtidos os valores dos coeficientes de flambagem de placas com furo, sem e com reforço, em duas condições de contorno. Por meio da realização da análise de flambagem simples, foi obtido o menor autovalor que corresponde à carga crítica de flambagem, a partir do qual é possível calcular o coeficiente de flambagem (kc) de cada caso e comparar com os valores de referência de placas sem furos. Os resultados obtidos mostram que quando a distância do furo à extremidade de aplicação de carga é grande, i.e., possui razão geométrica entre largura e altura da placa (a/b) maior que 2,5, o coeficiente se aproxima ao valor de referência. Para placas com furo sem reforço, foi possível identificar pontos de pico do coeficiente, em a/b igual a 1,75 e 1,5 para os casos simplesmente apoiado e engastado nos bordos onde não há aplicação de carga, respectivamente. Para a/b menor que 1, quanto maior o furo, menor o kc. Já para a/b maior que 1, quanto maior o furo, maior o kc. Identificou-se também que furos muito grandes tornam a placa instável e devem ser evitados. Para placas reforçadas, é possível observar uma melhora significativa com a adição de reforço, principalmente para placas onde a razão a/b é menor que 1,5. Porém, a adição de material possui um limite de melhora e reforços com razão de altura sobre o tamanho do diâmetro do furo (c/d) maior que 0,3 conferem aumento desprezível no coeficiente. Dessa forma, foi possível preencher a lacuna de conhecimento sobre os coeficientes em placas com furos centralizados além de concluir possíveis valores de referência para o projeto e cálculo de estruturas aeronáuticas. |
