DESENVOLVIMENTO TECNOLGICO ESTRUTURAS METLICAS Instabilidade e Falha de

DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO ESTRUTURAS METÁLICAS Instabilidade e Falha de Painéis de Asa e Fuselagem Equipe ITA: Prof. Paulo Rizzi - Coordenador Prof. Carlos Miguel Montestruque Vilchez Prof. Maurício Vicente Donadon Prof. Flavio Bussamra Prof. Eliseu Lucena Neto Prof. Francisco Alex F. Monteiro Dr. Mariano Andrés Arbelo Denner A. M. M. Correa Paschoal - Técnico Donizete Benedito Siqueira - Técnico Leonardo Tadeu Domingues Reviglio - Técnico Mayara Bortolotti Rossini – Aluna de Mestrado Equipe EMBRAER: Marcelo R. Bertoni Rodrigues - Coordenador Anaisa de Paula Guedes Villani - PEE Felipe Augusto Mutschler - PEE Leonardo Barbosa de Almeida - PEE Raphael Platini A. R. Naves - PEE Rafael Silva de Caux - PEE Renato Caldas V. de Almeida - PEE Laércio Seiti Saheki - PEE Marcelo F. Souza - PEE Débora Naomi Iwashita - PEE 08 e 09 de Abril de 2014

AGENDA Ensaios de Crippling (Painel & Reforçador Isolado) Ensaios de Flambagem e Colapso em Compressão Ensaios de Flambagem em Cisalhamento Ferramenta e Método de Análise Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos Conclusões Próximas Atividades Sugestões para Trabalhos Futuros Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Ensaio de Crippling - Painel Instrumentação Modos de Falha (a) Painel Rebitado 600 500 450 Cargas Médias de Falha Local Painel de Asa 400 (b) Painel Colado Carga Média de Falha Local Painel de Fuselagem 350 400 300 250 300 200 150 100 50 0 Carga (k. N) (k. N/kg) REBITADO FSW Carga/Massa COLADO FML Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. 0 Carga (k. N) REBITADO Carga/Massa (k. N/kg) COLADO FML

Ensaio de Crippling – Reforçador Isolado Instrumentação Modos de Falha (a) Ref. Fuselagem Carga de Falha Local (k. N) 100 90 Cargas de Médias de Falha Local Reforçador Isolado 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Fuselagem Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. Asa (b) Ref. Asa

Ensaio de Flambagem e Colapso em Compressão Instrumentação Modos de Flambagem e Falha (a) Modo de Flambagem 35 30 Cargas Médias de Flambagem Painel de Fuselagem 160 140 25 (b) Modo de Falha Carga Média de Falha Local em Compressão Painel de Fuselagem 120 20 100 15 80 10 60 5 40 0 20 REBITADO Carga (k. N) - SR FSW(k. N) - SB Carga COLADO Carga/Massa (k. N/kg)FML - SR Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. 0 Carga (k. N) (k. N/kg) REBITADO FSW Carga/Massa COLADO FML

Ensaio de Flambagem em Cisalhamento Instrumentação Modos de Flambagem e Falha (a) Modo de Flambagem 25 Carga Média de Flambagem em Cisalhamento Painel de Fuselagem 140 120 20 (b) Modo de Falha Carga Média de Falha* em Cisalhamento Painel de Fuselagem 100 15 80 60 10 40 5 0 20 0 (k. N/kg) REBITADO Carga (k. N) FSW Carga/Massa COLADO FML Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. Carga (k. N) (k. N/kg) REBITADO FSW Carga/Massa COLADO FML

Ferramenta / Método de análise Métodos Analíticos • Determinação da Tensão de Falha Local de Reforçadores via Método Boeing (Lower Bound (Fcy)/Upper Bound (Fcu)); • Determinação da Tensão de Falha Local do Painel via Método da Largura Efetiva (Boeing, Niu, Koiter (SS&CC)); • Falha global dos painéis de fuselagem determinada considerando Coluna Reforçador + Área Efetiva de Revestimento determinada com base na Largura Efetiva. Métodos Numéricos (MEF) ABAQUS Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. NASTRAN

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Reforçador Isolado Cargas de Falha Local Reforçador Isolado Fuselagem 103 93 28 27 26 25 24 EXPERIMENTAL Elementos Finitos Boeing FCY Boeing FCU Carga de Falha Local (k. N) 29 83 73 63 53 43 33 23 23 Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. Cargas de Falha Local Reforçador Isolado Asa EXPERIMENTAL Elementos Finitos Boeing FCY Boeing FCU

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Painéis Rebitados em Compressão Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Painéis Colados em Compressão Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Painéis Híbridos (FML) em Compressão Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Painéis Rebitados em Cisalhamento Experimento Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. MEF

Correlação entre Resultados Experimentais e Teóricos – Painéis Colados em Cisalhamento Experimento Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito. MEF

Conclusões - Painéis de FUSELAGEM em Compressão • FLAMBAGEM: Painéis híbridos FML mostraram-se mais efetivos, enquanto que painéis REBITADOS exibiram o menor desempenho efetivo comparado com os demais tipos de painéis. • FALHA LOCAL: Painéis híbridos FML e Colados mostraram-se mais efetivos, enquanto que painéis FSW exibiram o menor desempenho efetivo comparado com os demais tipos de painéis. - Painéis de FUSELAGEM em Cisalhamento • FLAMBAGEM: Painéis híbridos FML mostraram-se mais efetivos, enquanto que painéis REBITADOS exibiram o menor desempenho efetivo comparado com os demais painéis. • FALHA LOCAL: Painéis híbridos FML, FSW e Colados mostraram-se mais efetivos, com desempenho similar, enquanto que painéis REBITADOS exibiram o menor desempenho efetivo comparado com os demais tipos de painéis. Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Conclusões - Painéis de ASA em Compressão • FALHA LOCAL: Painéis híbridos FML e Colados mostraram-se mais efetivos, enquanto que painéis FSW exibiram o menor desempenho efetivo comparado com os demais tipos de painéis. *** O programa de ensaios realizado revelou PAINÉIS HÍBRIDOS (FML) e COLADOS como tecnologias promissoras para o desenvolvimento de Estruturas Aeronáuticas de Alto Desempenho *** - Ferramentas e Métodos de Análises Propostos • De uma forma geral os modelos analíticos propostos fornecem valores limitantes superiores e inferiores para estimativa de cargas de falha, apresentando uma boa correlação com resultados experimentais. A escolha dos limites superior e inferior depende da tecnologia de junção adotada no projeto estrutural (definido pelo analista estrutural). Contudo, a aplicação dos métodos de análise propostos para o projeto de painéis híbridos (FML) e COLADOS ainda requer modificações adicionais, principalmente na determinação da largura efetiva de revestimento. Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Próximas Atividades • Realização dos Ensaios de Flambagem, Pos-flambagem e colapso em Vigas de Kuhn representativas de painéis de fuselagem para cada uma das tecnologias de junção de interesse; • Ensaios de fatiga e resistência residual em painéis típicos de ASA e FUSELAGEM; • Correlacionar resultados experimentais com teóricos para estimativa das cargas de flambagem e falha em Vigas de Kuhn para cada uma das tecnologias ensaiadas. Esta informação é propriedade da Embraer e não pode ser usada ou reproduzida sem autorização por escrito.

Sugestões para Trabalhos Futuros • Propor e validar uma metodologia de cálculo estrutural eficiente para o determinação da largura efetiva para as tecnologias promissoras (FML e Colagem); • Investigar os efeitos Higrotermoelásticos no comportamento de juntas coladas (Ensaios de Tenacidade à Fratura Interlaminar em Modo I, Modo II, Modo Misto I/II), solicitadas estática e dinamicamente (fatiga); • Investigar os efeitos Higrotermoelásticos no comportamento dos painéis colados e híbridos FML; • Propor metodologias de análise que contemplem os efeitos de envelhecimento (Umidade e Temperatura).