EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I Falha Local de Painéis Reforçados – Método Gerard.
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EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I
Falha Local de Painéis Reforçados – Método GerardFalha Local de Painéis Reforçados – Método Gerard
m
cy
swg
cy
cc
FE
Attg
FF
s
scywcyscy tt
ttFFF
/
1/
s
ssst
s b
tbA
b
At
total
EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I
Falha Local de Painéis Reforçados – Método GerardFalha Local de Painéis Reforçados – Método Gerard
EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I
ExemploExemploOs reforçadores conformados tipo-chapéu no painel da figura são manufaturados em liga AL 7075-T6 (E = 10500ksi, Fcy = 67 ksi) e o
revestimento é de liga AL 2024-T3 (Fcy = 40 ksi).
Determine a tensão de falha local
2in 348,075,02121032,04051,0 A
ksi 2,51
051,0087,0
1051,0087,06740 087,0
4
348,0
cyFt
50,0 e 85,0 , 17 que 3,-6 Tab. da se,-acha ,63,0051,0032,0 gsw mgtt
ksi 7,282,51560,0560,02,51
10500
348,0
051,0032,01750,0
85,0
cc
cy
cut
cy
cc FF
F
F
F
Solução área total
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Falha Local de Painéis – Método BoeingFalha Local de Painéis – Método Boeing
be = largura efetiva de chapa
t = espessura do revestimento E = módulo de elasticidade do revestimento
Esk= módulo secante do revestimento na
deformação (Fst/Est)
Est = módulo secante do reforçador na
tensão Fst
Fst = tensão de compressão no reforçador
st
c
st
ske F
E
E
Etb 7,1
se b/t 110, o fator 1,7 pode ser aumentado para 1,9
sk
st
st
irerede E
E
F
Fbb
onde Fir é a tensão de flambagem entre rebites
btAAAF
Fst
eststcc
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Larguras Eeftivas de Chapa - BoeingLarguras Eeftivas de Chapa - Boeing
EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I
ExemploExemplo
Solução a) tensão média de falha local do reforçador (usando o método de
Gerard)
2in 144,075.02121032,0 stA
85,0 ; 55,0 ; 11 flanges 8 cortes 3 g 6.2 Tabela da 4 Caso mg
ksi 2,366754,0540,067
10500
144,0
032,01155,0
85,02
st
cy
cut
cy
st FF
F
F
F
Considere o painel do Exemplo 6.7. Pede-se a) a tensão de falha local do reforçador isolado b) a largura efetiva do revestimento c) a tensão média de falha local do conjunto Reforçadores conformados em chapa AL 7075-T6 (E = 10500 ksi, Fcy = 67 ksi, F0.7 = 70 ksi, n = 9.2) Revestimento em chapa AL 2024-T3 (E = 10700ksi, Fcy = 40 ksi, F0.7 = 39 ksi, n = 11.5).
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Exemplo - continuaçãoExemplo - continuação
b) largura efetiva de revestimento; supondo que não haja flambagem entre rebites, a Eq. (6.25) fornece
Como os materiais são distintos, é necessário calcular-se a razão Esk/Est, compatível
com uma tensão de 36.2 ksi no reforçador. Aqui far-se-á uso dos modelos de Ramberg-Osgood para os materiais envolvidos. As Eqs. (1.13) e (1.17) fornecem, respectivamente, para a liga 7075-T6
st
c
st
ske F
E
E
Etb 7,1
312,91
7.07.07.0
10453,310500
70518,0 518,0
70
2,36
7
31
70
2,36
7
31
st
n
ststst
F
f
F
f
F
E
ksi 10480
702,36731
10500
731 12,917.0
nstFf
EE
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Exemplo (conclusão)Exemplo (conclusão)
Para a liga 2024-T3, na mesma deformação,
ksi 8,33 947,36397
31ou
397
31
3939
1070010453,3ou
7
31
5,10
15,1131
7.07.070
kk
k
n
.
k
ff
f
ff
F
f
F
f
F
Eε
c) tensão média de falha local do painel
ksi 9770
398,33731
10700
731 15,1117.0
nk
ksk
Ff
EE
2in 142,0051,039,122
in 39,12,36
10700
10480
9770051,07,17,1
tbA
F
E
E
Etb
ee
st
c
st
ske
ksi 8,29
051,04144,0
142,0144,02,36
btA
AAFF
st
eststcc
de modo que
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Flambagem Entre Rebites e EnrugamentoFlambagem Entre Rebites e Enrugamento
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Flambagem Entre RebitesFlambagem Entre Rebites
2
2
22
2
2
2112
4
112
p
tcE
p
tEcF s
e
ts
e
tir
Ec
F
t
pB e
s
)1(1212
7.0
irir FF
Correção para Cladding
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Flambagem Entre Rebites - DetalhesFlambagem Entre Rebites - Detalhes
A NASA recomenda ainda que o espaçamento entre rebites, p, obedeça as relações
onde g e h estão definidos no esboço ao lado.
hghp
hghgp
22
202
para
para
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Tensão de Flambagem Entre RebitesTensão de Flambagem Entre Rebites
realgráfico
2
t
p
ct
p
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Flambagem Entre RebitesFlambagem Entre Rebites
Boeing: , 9,22
st
ir
t
p
E
F para rebites protuberantes ou pontos de solda (c = 3,2)
, 9,12
st
ir
t
p
E
F para demais rebites (c = 2,1)
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Flambagem Entre RebitesFlambagem Entre Rebites
Quando um painel é carregado além da capacidade de flambagem entre rebites de seu
revestimento, o revestimento continuará a carregar a carga correspondente ao início da
flambagem. Entretanto, o revestimento não será capaz de carregar cargas adicionais
uma vez que se comporta como uma placa-coluna que, por sua vez, se comporta de
forma semelhante a uma coluna (Fig. 2-25), cujas cargas de flambagem e de falha são
essencialmente as mesmas. Se bei é a largura efetiva do revestimento quando a tensão
de bordo for a tensão de flambagem entre rebites, Fe = Fir, a carga que será carregada
pelo revestimento após a flambagem entre rebites é Firbei ts. O painel continuará a
resistir cargas adicionais até que seja atingida a tensão de falha local do reforçador, Fst,
após o que o painel falha. A carga na falha é, portanto, FstAst + Firbei ts , onde Ast é a área
do reforçador, e a tensão média na falha (referida à área total) é
sts
ststseiiru Abt
AFtbFF
média)(
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Flambagem Entre RebitesFlambagem Entre Rebites
Com o uso crescente de bitolas mais espessas de revestimento, que se aproximam
ou ultrapassam a espessura do reforçador, a flambagem entre rebites é raramente um
fator de decréscimo na resistência de painéis reforçados curtos. Tem sido observado,
entretanto, que ambos, o espaçamento entre rebites e o diâmetro, são fatores de
importância considerável no que concerne atingir os de níveis de resistência de painéis
rebitados curtos, para que tenham índice de performance semelhante aquele dos
painéis reforçados integrais.
Resultados de ensaios em painéis reforçados com longitudinais em Z indicam que a
resistência de painéis de razão de esbeltez moderada (e.g., L’/p = 35, onde p é o raio
de giração do painel compreendendo ambos, o revestimento efetivo e os reforçadores)
é consideravelmente menos afetado pelo espaçamento entre rebites e diâmetro do que
painéis mais curtos. Para painéis longos (L’/p = 60), os efeitos das configurações dos
rebites são praticamente desprezíveis.
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Enrugamento do RevestimentoEnrugamento do Revestimento
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Enrugamento do RevestimentoEnrugamento do Revestimento
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Tensão de Falha por EnrugamentoTensão de Falha por Enrugamento
a menos que g/bw seja pequeno, há pouca diferença entre as
tensões de instabilidade e de falha por enrugamento do revestimento
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Falha Local de Painéis MontadosFalha Local de Painéis Montados
Se , o enrugamento ocorre antes ou simultaneamente com a falha local
do reforçador e é o maior dos valores obtidos das equações
stw FF média)( uF
wu FF média)(
ssst
ststu tbA
AFF
média)(
enrugamento precipita a falha do reforçador
reforçador excepcionalmente resistente
Quando , a falha local do reforçador se dá antes de ser atingida a tensão de
falha por enrugamento do revestimento. Isto significa que o revestimento poderia ter
ainda alguma capacidade de absorção de carga. Neste caso é feita a hipótese de que o
reforçador continua a suportar a sua carga de falha local. A falha ocorre quando o
revestimento atinge a tensão de falha por enrugamento. A tensão média na falha do
painel é, portanto
stw FF
ssst
sswststu tbA
tbFAFF
média)(
Em nenhum caso, as tensões médias de falha do painel montado, , dadas pelas equações acima, podem ser maiores do que a tensão média de falha local do painel monolítico, .
média)( uF
ccF
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Verificação da Resistência dos RebitesVerificação da Resistência dos Rebites
ws kb
p 27,1
Para que revestimento e reforçador permaneçam “colados” até a falha por enrugamento
Tensão admissível em rebite manufaturado em AL 2117-T4
67,1 se
160190
67,1 se ksi 57
médio2
médiomédio
médio
t
d
tdtdF
t
dF
e
eer
er
42117 Tr
materialre
F
F
d
d
tmédio = espessura média chapa/flange
de = diâmetro efetivo
27.0w
s
str F
d
p
d
b
EF
EST 15 – ESTRUTURAS AEROESPACIAIS I
Exemplo 1Exemplo 1
Uma estrutura de asa, de construção convencional, está mostrada no esboço. A asa é coberta por uma placa, geralmente referida como revestimento, e este revestimento é reforçado conectando elementos com seções conformadas ou extrudadas. Uma seção típica de uma asa envolve uma ou várias almas interiores e para conectar estas almas ao revestimento, um reforçador muitas vezes denominado de flange da alma ou mesa, é necessário para facilitar a conexão, como mostrado na figura.
O flange no caso deste exemplo é uma extrusão de liga de alumínio 7075-T6. O revestimento e a alma são manufaturados em liga de alumínio 7075-T6. O revestimento é conectado ao reforçador por duas fileiras de rebites de cabeça tipo Brazier de 1/8 in de diâmetro, com espaçamento de 7/8 in. A alma é conectada ao reforçador por uma fileira de rebites de cabeça chata de 3/16 in de diâmetro, espaçados de 1 in.
Pede-se determinar a tensão de falha local do reforçador, a área efetiva das chapas conectadas ao reforçador, e a carga total que é suportada pelo conjunto na condição de falha.
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ksi 56F
806,070
10500
24,0
072,0667,0 cut
cy
cut
4,022
FF
F
F
E
A
gt
F
Fst
m
cystg
cy
st
Exemplo 1Exemplo 1Uma vez que o reforçador é apoiado lateralmente pela alma e revestimento, a ação de flexão de coluna é evitada, de modo que a verdadeira resistência a cargas longitudinais de compressão da unidade se dá por falha local (tensões adicionais são produzidas nestes cantos se a alma flamba em cisalhamento e forças de tração diagonal estão agindo; mas este assunto será tratado noutro capítulo).
Dados adicionais: área do reforçador Ast = 0.24 in2
propriedades da extrusão 7075-T6: Ec = 10500 ksi e Fcy = 70 ksi
propriedades das chapas 7075-T6: Ec = 10500 ksi e Fcy = 70 ksi
O método de Gerard será utilizado para o cálculo da tensão de falha local do reforçador.g = 1 corte + 5 flanges = 6; Tabela 6.2, caso 6: bg = 0.67, m = 0,4, Fcut = 0,8Fcy = 56 ksi
in 16,156
10500050,07,17,1
st
c
st
ske F
E
E
Etb
in 50,156
10500064,07,17,1
st
c
st
ske F
E
E
Etb
para o revestimento
para a alma
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Exemplo 1Exemplo 1
0,875
1,16 1,16(Ae)revestimento = (1,16 + 0,875) 0,050 =0,1 in2
0,5x1,50,365x1.5(Ae)alma = (0,365+0,5)1,5x 0,064 =0,083 in2
Pu = [ Ast + (Ae)revestimento + (Ae)alma ] Fst = (0,24 + 0,102 + 0,083) x 56 = 23,8 kips
rebites do revestimento são do tipo Brazier com espaçamento p = 7/8 . De acordo com a Tabela 6.6, o coeficiente de engastamento para este tipo de rebite é c = 3. Portanto, para uso da Fig. 6-33 é necessário fazer uso da Eq. (6.30):
2,20050,0
87
3
22
realgráfico
t
p
ct
p
Os rebites da alma são do tipo cabeça chata, com c = 4. O espaçamento é de 1,00 in, de modo que, com p/t = 1,00 / 0,064 = 15,6
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Exemplo 1Exemplo 1
Revestimento: Fir = 60 ksi
Alma: Fir = 64,5 ksi
Como a tensão de flambagem entre rebites é maior do que a tensão de falha local do reforçador, a flambagem entre rebites não ocorrerá