A influência do amortecimento viscoelástico na estabilidade aeroelástica de painéis aeronáuticos

Since the creation of supersonic vehicles, during the Second World War, the engineers have given special attention to the interaction between the aerodynamic efforts and the structures of the aircrafts due to a highly destructive phenomenon called flutter in aeronautical panel. Flutter in aeronautical panels is a self-excited aeroelastic phenomenon, which can occurs during supersonic flights due to dynamic instability of inertia, elastic and aerodynamic forces of the system. In the flutter condition, when the critical aerodynamic pressure is reached, the vibration amplitudes of the panel become dynamically unstable and increase exponentially with time, affecting significantly the fatigue life of the existing aeronautical components. Thus, in this paper, the interest is to investigate the possibility of reducing the effects of the supersonic aeroelastic instability of rectangular plates by applying passive constrained viscoelastic layers. The rationale for such study is the fact that as the addition of viscoelastic materials provides decreased vibration amplitudes it becomes important to quantify the suppression of plate flutter coalescence modes that can be obtained. Moreover, despite the fact that much research on the suppression of panel flutter has been carried out by using passive, semi-active and active control techniques, very few of them are adapted to deal with the problem of estimating the flutter speeds of viscoelastic systems, since they must conveniently account for the frequency- and temperature-dependent behavior of the viscoelastic material. In this context, two different model of viscoelastic material are developed and applied to the model of sandwich plate by using finite elements. After the presentation of the theoretical foundations of the methodology, the description of a numerical study on the flutter analysis of a three-layer sandwich plate is addressed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Dissertação (Mestrado)

Desde o advento dos veículos supersônicos, durante a Segunda Guerra Mundial, os engenheiros têm se preocupado mais com as interações entre os esforços aerodinâmicos e as estruturas aeronáuticas. Isto devido a um importante fenômeno altamente destrutivo denominado Flutter de painéis aeronáuticos. O Flutter de painéis aeronáuticos é um tipo de fenômeno aeroelástico auto-excitado, que pode ocorrer durante voos supersônicos devido à interação simultânea de forças aerodinâmicas, inerciais e elásticas do sistema. Na condição de flutter, quando a pressão dinâmica crítica é atingida, as amplitudes de vibração do painel se tornam dinamicamente instáveis e aumentam significativamente com o tempo, afetando de maneira importante a vida em fadiga do painel e/ou da estrutura que o suporta. Neste contexto, o interesse deste trabalho é investigar a possibilidade de reduzir os efeitos da instabilidade aeroelástica de placas planas retangulares em regime supersônico através da aplicação de material viscoelástico como técnica passiva de controle de vibração. A motivação por trás deste tema é que vários trabalhos destinados a estudar a supressão do flutter através de técnicas de controle passivas, semiativas e ativas foram publicados, entretanto poucos são adaptados para tratar com o problema aeroelástico utilizando um modelo de material viscoelástico que leva em conta o comportamento dinâmico dependente da frequência e temperatura. Para tal, dois modelos diferentes de materiais viscoelásticos são desenvolvidos e aplicados ao modelo de placa sanduiche em elementos finitos. Depois da apresentação dos fundamentos teóricos da metodologia, vários exemplos de simulações numéricas, representando diversas situações, são mostrados afim de ilustrar os desenvolvimentos abordados ao longo do trabalho.