Estudo do comportamento vibroacústico em baixas frequências de painéis aeronáuticos de material composto

Abstract

Na construção das aeronaves o conforto tem se destacado como um dos principais objetivos de projeto, sendo o elevado ruído um dos principais motivos de desconforto dos passageiros. O presente trabalho tem como objetivo principal avaliar o comportamento vibro-acústico de painéis aeronáuticos de material composto em baixas frequências. As análises vibroacústicas foram realizadas em diversas configurações (painéis sem reforços e painéis reforçados), sendo constituídos basicamente de fibra de carbono impregnadas em matriz de resina epóxi. Para caracterizar as propriedades mecânicas dos corpos de provas, aplicou-se a técnica de ajuste de modelo numérico através de resultados experimentais obtidos, como funções de resposta em frequência. Também foi caracterizado o amortecimento estrutural dos corpos de provas através dos métodos do decaimento e da largura de banda. Na determinação da eficiência de radiação sonora utilizou-se um modelo híbrido, que combina o método dos elementos finitos (FEM) e o método dos elementos de contornos (BEM). E, por último, a densidade modal foi obtida numericamente, utilizando um software de elementos finitos, do qual podem ser calculadas as mobilidades pontuais. Ao final, os modelos de eficiência de radiação e densidade modal foram comparados com os resultados experimentais, apresentando boa concordância. Portanto, esta metodologia comprova que os modelos numéricos podem ser utilizados nas fases iniciais do projeto, por serem mais rápidos e eficientes do que os procedimentos experimentais.

In the aircraft construction, comfort has distinguished itself as one of the main project objectives once high noise levels have became one of the main reasons of passengers discomfort. The main goal of this Master Thesis is to evaluate the vibroacoustic behavior of composite aeronautical panels in the low frequency range. Vibroacoustic analyses were performed with different panel configurations (panels without reinforcements and reinforced panels). These panels consist primarily of carbon fiber impregnated with epoxy resin. To characterize the samples' mechanical properties, the numerical model updating technique was applied, using some the experimental results, such as frequency response functions. The samples' structural damping was also characterized through the decay and bandwidth methods. The sound radiation efficiency determination was performed by a hybrid model combining Finite Element Method (FEM) and Boundary Element Method (BEM). Finally, the modal density was obtained numerically, using finite element software to calculate point mobility functions. Finally, the efficiency radiation models and modal density were compared with experimental results, presenting good agreement. Therefore, this methodology proves that the numerical models can be used in the early stages of the project, since they are faster and more efficient than experimental procedures.