Projeto ótimo robusto de sistemas aeroviscoelásticos estocásticos em regime subsônico utilizando Doublet Lattice

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Carvalho, Prince Azsembergh Nogueira de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41723
http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.471
Resumo: To reduce the global environmental impact, governments and international organizations have proposed various strategies for more efficient production and solutions. The aeronautical and aerospace industries have committed to zeroing their CO2 emissions by 2050. To achieve this goal, manufacturers are adopting innovative solutions such as more efficient engines, Sustainable Aviation Fuel (SAF), structures with lighter materials, and more efficient aerodynamic geometries. However, to avoid the instability effects resulting from structural and aerodynamic modifications in aeroelastic systems, such as the flutter phenomenon, a viable strategy is the use of vibration control techniques. In this context, passive control using viscoelastic material is an interesting approach due to its low cost and ease of application in structures. Additionally, due to the inherent variabilities of structural and aerodynamic parameters present in these systems, it is necessary to propose an efficient stochastic modeling methodology to deal with more realistic applications. Therefore, this work contributes to the development of a proprietary tool for the robust optimal design of aeroviscoelastic systems in the subsonic regime and increasing structural efficiency through partial treatment using modal strain energy (MSE). As a case study, a Plate Like Wing system in the subsonic regime is used to increase the stability of this structure by combining stochastic finite element modeling, the Doublet Lattice method, and the NSGA II optimizer. The numerical results demonstrate that the conservative effect associated with the damping of the structure is responsible for about 80% of the vibration attenuation, with the thickness of the elastic layers being the most relevant parameter. Additionally, MSE allowed the partially treated system to achieve a structural efficiency 1.8 times greater than the fully treated system. The results in terms of the envelopes of the V-g and V-f diagrams also show that the robust system has a vulnerability 7 times lower than the deterministic system in the flutter speed response, proving the efficiency of the tool developed integrated with the models. With this, it is possible to reduce project safety factors due to uncertainties and achieve advantages such as: increased component lifespan, use of less material in manufacturing, and increased structural efficiency of aircraft.
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The aeronautical and aerospace industries have committed to zeroing their CO2 emissions by 2050. To achieve this goal, manufacturers are adopting innovative solutions such as more efficient engines, Sustainable Aviation Fuel (SAF), structures with lighter materials, and more efficient aerodynamic geometries. However, to avoid the instability effects resulting from structural and aerodynamic modifications in aeroelastic systems, such as the flutter phenomenon, a viable strategy is the use of vibration control techniques. In this context, passive control using viscoelastic material is an interesting approach due to its low cost and ease of application in structures. Additionally, due to the inherent variabilities of structural and aerodynamic parameters present in these systems, it is necessary to propose an efficient stochastic modeling methodology to deal with more realistic applications. Therefore, this work contributes to the development of a proprietary tool for the robust optimal design of aeroviscoelastic systems in the subsonic regime and increasing structural efficiency through partial treatment using modal strain energy (MSE). As a case study, a Plate Like Wing system in the subsonic regime is used to increase the stability of this structure by combining stochastic finite element modeling, the Doublet Lattice method, and the NSGA II optimizer. The numerical results demonstrate that the conservative effect associated with the damping of the structure is responsible for about 80% of the vibration attenuation, with the thickness of the elastic layers being the most relevant parameter. Additionally, MSE allowed the partially treated system to achieve a structural efficiency 1.8 times greater than the fully treated system. The results in terms of the envelopes of the V-g and V-f diagrams also show that the robust system has a vulnerability 7 times lower than the deterministic system in the flutter speed response, proving the efficiency of the tool developed integrated with the models. With this, it is possible to reduce project safety factors due to uncertainties and achieve advantages such as: increased component lifespan, use of less material in manufacturing, and increased structural efficiency of aircraft.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)Para reduzir o impacto ambiental global, governos e organizações internacionais têm proposto diversas estratégias para uma produção e soluções mais eficientes. As indústrias aeronáutica e aeroespacial se comprometeram a zerar suas emissões de CO2 até 2050. Para alcançar essa meta, os fabricantes estão adotando soluções inovadoras, como motores mais eficientes, combustível de aviação sustentável (Sustainable Aviation Fuel - SAF), estruturas com materiais mais leves e formas geométricas aerodinâmicas mais eficientes. No entanto, para evitar os efeitos de instabilidade resultantes das modificações estruturais e aerodinâmicas nos sistemas aeroelásticos, como o fenômeno do flutter, uma estratégia viável é a utilização de técnicas de controle de vibração. Nesse contexto, o controle passivo utilizando material viscoelástico é uma abordagem interessante devido ao seu baixo custo e facilidade de aplicação nas estruturas. Além disso, devido às variabilidades inerentes dos parâmetros estruturais e aerodinâmicos presentes nesses sistemas, é necessário propor uma metodologia eficiente de modelagem estocástica para lidar com aplicações mais realistas. Portanto, este trabalho contribui com o desenvolvimento de uma ferramenta em código próprio para o projeto ótimo-robusto de sistemas aeroviscoelásticos em regime subsônico e aumento da eficiência estrutural pelo tratamento parcial através do Modal Strain Energy (MSE). Como estudo de caso, é utilizado um sistema do tipo Plate Like Wing em regime subsônico para aumentar a estabilidade dessa estrutura, combinando modelagem estocástica de elementos finitos, o método Doublet Lattice e o otimizador NSGA II. Os resultados numéricos demonstram que o efeito conservativo associado ao amortecimento da estrutura é responsável por cerca de 80% na atenuação das vibrações, sendo a espessura das camadas elásticas o parâmetro mais relevante. Além disso, o MSE permitiu que o sistema tratado parcialmente obtivesse uma eficiência estrutural 1,8 vezes maior que o sistema completamente tratado. Os resultados em termos dos envelopes dos diagramas V-g e V-f também evidenciam que o sistema robusto apresenta uma vulnerabilidade 7 vezes menor que o sistema determinístico na resposta da velocidade de flutter, provando a eficiência da ferramenta desenvolvida integrada aos modelos. Com isso, é possível reduzir fatores de segurança de projetos devido às incertezas e lograr vantagens como: aumentada vida útil de componentes, utilização de menos material na fabricação e aumento da eficiência estrutural das aeronaves.Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaLima, Antônio Marcos Gonçalves dehttp://lattes.cnpq.br/0632660969306570Lobato, Fran Sérgiohttp://lattes.cnpq.br/7640108116459444Ribeiro, Marcelo Leitehttp://lattes.cnpq.br/2841688162409423Cunha Junior, Sebastião Simões dahttp://lattes.cnpq.br/5136468097738470Duarte, Marcus Antônio Vianahttp://lattes.cnpq.br/9030389274220180Carvalho, Prince Azsembergh Nogueira de2024-07-19T16:29:18Z2024-07-19T16:29:18Z2024-06-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCARVALHO, Prince Azsembergh Nogueira de. Projeto ótimo robusto de sistemas aeroviscoelásticos estocásticos em regime subsônico utilizando Doublet Lattice. 2024. 100 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.471https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41723http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.471porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-07-20T06:16:31Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41723Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-07-20T06:16:31Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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