TRICICLO DE UM ULTRALEVE - isel.pt · No Solidworks o modelo assumido como podem observar,...

TRICICLO DE UM

ULTRALEVE

Leliano Andrade Autor11

ADEM/ISEL

GI-MOSM & CEEM

Lisboa, 02 Novembro 2016

1: Área Departamental de Engenharia Mecânica

ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa ou Empresa

Rua Conselheiro Emídio Navarro,1 1959-007 Lisboa

e-mail: [email protected] web: http://www.isel.pt

Palavras Chave: Aeronave, Triciclo, Ultraleve, Solidworks, simulação

Abstract This document describes a security study of an weight-shift-control Aircraft that

pretends to analyze the trike components in the worst service conditions to search weaknesses

and optimize them to a better performance.

This project is divided in several chapters that cover the phases of this project: material

selection, normative analysis on each component, the conclusion and optimization. The

normative Analysis pass on Static calculations and simulations, deformation calculation

(numerical and analytic), fatigue analysis and vibration analysis.

mailto:[email protected]

http://www.isel.pt/


1. INTRODUÇÃO

Um ultraleve é uma aeronave avançada de controlo por deslocamento-peso. Pode ser levado a

solo ou dupla. A aeronave foi desenvolvida para desempenho avançado para turnés cross-country

e faz muito tempo que estas viagens são muito praticadas. Usando aeródromos apropriados e as

barras de controlo, ele também pode ser usado como uma máquina de formação segura e de

confiança. Qualquer aeronave necessita de uma elevadíssima fiabilidade e segurança para seu uso

já que desta estão dependentes vidas humanas. O modelo de ultraleve seguido para os estudos foi

a Quik-GT450 da P & M Aviação da figura 1.

Figura 1 Quik-GT450 da P & M Aviação

2. OBJECTIVOS

O objetivo deste estudo é verificar as condições de segurança do triciclo fazendo analises

verificação á cedência, á torsão, à fadiga, à flexão e à flexão por ressonância, de modo analítico e

numérico (elementos finitos) para que o triciclo passe a ter maior durabilidade e segurança

tentando assim encontrar pontos de maior fragilidade, redimensiona-los e otimiza-los para as

piores condições de serviço, nomeadamente, em condições de aterragem de emergência.

3. SELEÇÃO DE MATERIAIS

Os materiais devem ser adequados e duráveis para o uso pretendido. Os valores de cálculo

(resistência), devem ser escolhidos de forma a que nenhuma parte estrutural esteja sob força como

resultado de variações de materiais ou concentração de carga, ou ambos.

3.1. Estrutura (Triciclo)

Para os elementos da estrutura do triciclo (tubo base, Pilar, Mastro dianteiro, Fixadores,

Armação dos acentos, Suporte do motor, Triângulos traseiros, Forquilha e Suportes, ou seja, exceto

o triângulo traseiro, que será em liga de aço CHRO-MO e devido as considerações feitas não foi

analisada) escolheu-se a liga de alumínio A201 na condição T7(tratado termicamente e

estabilizado). Para esta seleção foi utilizada o software CES EDUPACK, uma grande base de dados

compatível com o Solidworks. Os critérios de seleção foram a Resistência mecânica, Densidade,

Custo, Propriedades de impacto e Temperaturas de serviço.


Figura 2 Estrutura do Triciclo

3.2. Borracha

Para a borracha do amortecedor selecionou-se um Elastómero de poliuretano com 40% de fibra

de vidro tendo em conta a sua excelente resistência ao impacto e faixa de temperaturas a qual pode

trabalhar. Este material sendo mesmo o mais utilizado para aplicações de hidráulica.

4. TESTES NORMAITIVOS

Estes testes/ensaios normativos são feitos considerando sempre as piores condições para a

estrutura, nomeadamente em condições de aterragem de emergência. As cargas consideradas para

os estudos foram, Peso do motor (63.8 kg), Peso das asas (52 kg no caso de sustentação nula), Peso

máximo de piloto e passageiro (220 kg) e Peso máximo de combustível (46.7 kg considerando

tanque cheio)

Para as análises, considerei um valor de flecha máxima de L/400, valor de referências no

manual de operador utilizado para a verificação da deformação, apesar de não ser uma exigência

normativa, já que na norma o objetivo é não haver deformações permanentes e um fator de

segurança de 1.5 para os componentes em questão.

4. SUPORTE DO MOTOR

Estes ensaios são aplicados para os piores casos de carga e com os devidos fatores de

correção normativos.

4.1. Carga 4.5 g verticais (2816.45N)

Figura 3Modelo analítico aplicado no SOLIDWORKS Figura 4Modelo analítico calculado no Maple


4.1.1. Constrangimento e considerações

No Solidworks o modelo assumido como podem observar, encontra-se encastrada nas

extremidades simulando assim as condições reais. Neste modelo é considerado os elementos

finitos como sólidos devido a componentes que não podem ser considerados como elementos viga

(no caso dos elementos de fixação inferiores da armação). No entanto, foi feita uma verificação de

valores de deslocamento com uma armação sem esse elemento de fixação e tratado como viga

obtendo assim uma semelhança entre resultados.

No modelo analítico, devido ao modo de aplicação das forças e simetria da estrutura,

apenas será necessário fazer o estudo para um lado da estrutura, afim de verificar o comportamento

de toda ela. Como podemos ver nas imagens relativamente ao Solidworks, não se considera a

estrutura de fixação inferior estando a estrutura encastrada na extremidade inferior do tubo.

A seção utilizada em ambos os estudos foi a seção tubular quadrangular ISO de dimensões

30x30x2.6.

4.1.2. Fórmulas utilizadas

Para o cálculo da deformação no ponto de deformada máxima, ponto E, foi aplicado o teorema

de Castigliano empregando assim, o método da energia de elástica de deformação.

Figura 5 Teorema de Castigliano [2]

Sendo Δi é o deslocamento, θi o ângulo de rotação e ɸi o ângulo de torção.

4.1.2. Resultados - deslocamento

Figura 6 Deformação do suporte do motor devido à carga de peso do motor em condições de aterragem de emergência

Segundo o especificado no manual de operador a flecha admissível é da ordem de L/400. Como

tal, para este estudo, seria de um valor de ymáx = 500/400 mm =1.25mm o que torna o

deslocamento obtido de 0.385 mm um deslocamento máximo admissível.


4.1.3. Comparação dos resultados numérico e analítico

Usando o Maple para verificar e validar analiticamente o valor simulado em Solidworks, pelo

que podemos ver, bate certo com um erro na ordem dos 13.6 %.

Tabela 1Comparação entre valor numérico e analítico da deformação máxima no suporte do motor devido a carga de peso em

condições de aterragem de emergência

Quantidade

Cálculo

analítico(Maple)

Cálculo numérico

(Elementos finitos,

Solidworks)

Diferença dos valores analíticos

em relação aos valores numéricos

(%)

δEy

Através desta comparação pode ser então mostrada a validade do modelo estudado em Solidworks

com um erro entre os valores de deslocamento na ordem dos 13.6%. A razão da diferença esta no

facto de não estar a ser representado exatamente o que acontece no Solidworks para o Maple. Por

exemplo, em Solidworks, considero uma distribuição do peso numa pequena área representando

aproximadamente a realidade enquanto que no Maple considera se uma força pontual no nó E.

4.1.4. Resultados – Fator de Segurança

Figura 7 Fator de segurança com a carga de peso do motor na aterragem de emergência

Como podemos observar as zonas mais críticas têm um fator de segurança segundo o

critério de Von Mises de 2.1 sendo superior a 1.5 exigido na Norma ASTM F2317.29692.

Calculou-se analiticamente segundo o critério de Von Mises obteve se o coeficiente de

segurança de 46.87 como pode ser visto em anexo II. Há aqui uma grande diferença associada

diretamente às áreas de tensão muito inferiores não consideradas em maple no modelo estudado.

Figura 8 Coeficiente de segurança calculado analiticamente


4.1.3. Resultados – Análise de Fadiga

Para 5000 ciclos obtivemos danos de 83.4 % e com vida mínima de 6000 ciclos.

Figura 9: Análise de fadiga com a carga do peso do Motor com percentagem de danos e vida mínima estimada

4.2. Carga de Binário de 129.47 N.m

4.2.1. Constrangimentos e considerações

Em termos de fixação idem à análise anterior, mas desta vez com uma força de Binário

aplicada ao longo da superfície das barras transversais de ligação do suporte com o eixo de Binário

no centro dessa superfície como ilustrado na figura seguinte.

Figura 10Modelo de estudo do binário no suporte do motor

4.2.2. Resultados – Deslocamento

Figura 11Deslocamento devido ao Binário de 129.47 N.m – SOLIDWORKS


O valor de deslocamento máximo continua inferior a 1.425 mm valor de flecha admissivel

como tal ainda em condições de teste aceitavel.

4.2.3. Resultados-Fator de segurança

Figura 12 Fator de segurança obtido na estrutura de vido a carga de Binário na estrutura do suporte do motor

Podemos observar que o fator de segurança mínimo é de 1.6 como tal encontra-mo- nos

dentro de uma zona de segurança.

4.3. Carga de propulsão 879.22 N

Este valor de impulso foi calculado através de a equação de impulso:

Figura 13 Fórmulas de cálculo da Força de Impulso de um Motor a Hélice [1- Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines,

Ahmed F. El-Sayed]

Pela equação e fator de correção a força a aplicar será de 879.22*6=5275.32N. Estes

valores são obtidos considerando o pior caso, sem a estrutura amortecedora na união do motor com

o suporte normalmente usados.

Figura 14: União de motor e suporte


4.3.1. Modelo Analítico

Figura 15Modelo Analítico para carga de propulsão em aterragem de emergência

As forças estão aplicadas nos pontos de ligação das barras transversais de ligação com a

armação do suporte já que essas barras é que suportarão o impulso resultante do motor.


Para este ensaio consideram-se a mesmas fixações que nos ensaios anteriores e uma força de

impulso para a frente aplicada nas barras transversais de união do suporte.


Figura 16 Deslocamento devido á carga de impulso em condições de aterragem de emergência

A força de impulso provoca uma deformacão de 1.43 mm na barra transversal de união do

suporte do motor.


Caso considere a barra caso aplique na própria barra de suporte teremos:

Figura 17 Deformação na armação do suporte do motor devido á carga de impulso em condições de aterragem de emergência

Valor máximo de deslocamento de 0.38327 mm caso aplique as foça apenas na armação

do suporte que aguenta melhor este esforço. Para verificar este valor calculou-se analiticamente a

deformação máxima na armação da barra.

Tabela 2 Comparação entre valor numérico e analítico da deformação máxima na armação da Barra devido a carga de impulso

em condições de aterragem de emergência

Quantidade

Cálculo

analítico(Maple)

Cálculo numérico

(Elementos finitos,

Solidworks)

Diferença dos valores

analíticos em relação aos

valores numéricos (%)

δFy1

4.3.4. Resultados – Fator de segurança

Figura 18 Fator de segurança devido a carga de impulso em condições de aterragem de emergência


Como podemos observar a zona mais crítica apresenta um fator de segurança de 1.52, que

apesar de ser aceitável pode ser otimizado a fim de aumentar a segurança.

4.4. Analise de Vibração

Para verificar se esta vibração causada pelo funcionamento do motor corresponde a

frequência natural do suporte podendo assim causar ressonância, fez-se através do Solidworks uma

analise de vibração confirmando assim a segurança do nosso material à ressonância. O valor

máximo de frequência no suporte será:

𝑓 =575.96

2×𝜋= 91.67 Hz

Considerando que a vibração é toda ela transferida para a estrutura, ou seja, não é

absorvida.

4.4.1. Resultados – Vibração

Destas análises obteve-se cinco freqências de ressonância, como tal cinco modos de vibração

mostradas na tabela 3. As escalas representadas foram ajustadas pelo Solidworks para melhor

compreensão dos movimentos de vibração. Tabela 3 Frequências de ressonância - SOLIDWORKS

Figura 20Modo de vibração do suporte do motor com a

frequência de ressonância de 82.617 Hz

Figura 19 Modo de vibração do suporte do motor com a


Figura 21 Modo de vibração do suporte do motor com a frequência

de ressonância de 325.11 Hz

Figura 22 Modo de vibração do suporte do motor com a



Figura 23 Modo de vibração do suporte do motor com a frequência de ressonância de 415.66 Hz

4.5. Carga de Binário, impulso e peso

Para estudar o que acontece quando todas as forças estão aplicados na estrutura foi

criado o cenário com todas as forças aplicadas ao suporte do motor e estudadas

4.5.1. Modelo Analítico

Figura 24 Modelo analítico para ensaio de fadiga contando com cargas de binário, impulso e peso do motor


Aplicado semelhante aos outros testes com fixação nas extremidades e forças três cargas

estudadas aplicadas nos mesmo locais consoante cada análise anteriormente feita.

4.5.3. Resultados - Deformação

Figura 25 Deslocamento máximo no suporte do motor devido às cargas de aterragem de emergência


4.5.4. Resultados - Fator de segurança

Podemos ver que, ao aplicar as forças todas ao mesmo tempo a estrutura estaria em condições

perigo, com graves danos devido à fadiga aguentando apensa 200 ciclos de vida em condições

semelhantes.

5. Amortecedores

Para realizar a analise de impato foi necessário o cálculo da força de impato atráves da

Velocidade vertical de impato(fórmla de cálculo atribuida pela norma ASTM F2317.29692)

obtendo assim, a energia cinética que, igualando à energia de deformação no amortecedor podemos

tirar a força de impato.

Considerou se que o amortecedor seria a estrutura a suportar toda a força de impacto.

Obtendo assim: Tabela 4: Forças de carga de impacto

Velocidade

vertical

Força de impacto(vertical) Força resultante no

Amortecedor

Força resultante

considerando 3 g’s

2.18 m/s 100089.92N 123019.7614N 369059.2842 N

5.2. Carga de impacto de 100089.92 N

Como referido, esta carga tem como uma resultante no amortecedor no valor de

123019.7614N e com 3 g´s para cima 369059.2842 N.


Devido à simetria, só foi necessário estudar um lado da estrutura amortecedora podendo

assumir que, do lado oposto ocorrerá o mesmo efeito. Fez-se então uma análise do

comportamento de compressão a estrutura amortecedora considerando-a encastrada na ligação

superior com o fixador e aplicando a força na outra extremidade do amortecedor.

Figura 26 Fator de segurança devido às cargas de aterragem de

emergência

Figura 27 Percentagem de danos na estrutura de suporte do

motor devido às cargas de aterragem de emergência



Foi foi feita também o cáclulo analítico em Maple para

confirmação dos valores obtidos pelo que se mostrou

estarem bem coerentes com um erro relativo de 2 % que se

pode verificar na tabela seguinte

Através desta comparação pode ser então mostrada

a validade do modelo estudado em Solidworks.

Este valor de deslocamento é considerado muito grande,

mas sabemos que também estamos perante um

amortecedor com uma estrutura de borracha que permite

elevado deslocamento.

Tabela 5 Comparação do valor analítico e numérico deformação

Quantidade

Cálculo

analítico(Maple)

Cálculo numérico (Elementos

finitos, Solidworks)

Diferença dos valores analíticos em

relação aos valores numéricos (%)

δFy1

Figura 28 Deslocamento na estrutura amortecedora devido á

carga de impacto em condições de aterragem de emergência



Figura 30 : Zona mais afetada no Amortecedor (Fator de

segurança mínimo)

O fator de segurança mínimo é de 0.0359 inferior a 1.5 como tal deve-se redimensionar os

amortecedores para esta análise de impacto. Como podemos ver grande parte da estrutura tem fator

de segurança inferior a 1.5. Para poder estar á segurança teve de se dimensionar o amortecedor

passado a ter se um diâmetro de 48.3 mm no tubo do amortecedor e uma espessura de 3.75 mm e

uma alteração do material para a fibra de carbono PEEK/IM passando a ter um coeficiente de

segurança de 1.6.

5.2.4. Análise de Fadiga

Podemos concluir que a estrutura do amortecedor aguentaria a 100 ciclos de cargas de

impacto em condições de aterragem de emergência, como tal, é uma estrutura a ser otimizada, o

que se conseguiu através do dimensionamento anteriormente referido.

Figura 29 Fator de segurança devido a carga de

impacto em condições de aterragem de emergência no

amortecedor

Figura 31 Percentagem de danos devido a

fadiga no amortecedor devido a carga de

impacto em condições de aterragem de

emergência

Figura 32 Vida em ciclos devido a fadiga no

amortecedor devido a carga de impacto em

condições de aterragem de emergência


5.3. Carga de impacto de 100089.92N (no Amortecedor Dimensionado)


Este valor de deslocamento de 7mm faz sentido já que a

borracha é uma estrutura colocada para absorver a força

de impacto deformando-se.

Figura 33 Deformação no Amortecedor novo devido á carga de impacto em condições de aterragem de emergência


Realemte a ligação é feita por uma estrutura aparafusada ao

cone que não seconsiguiu simular por falta de informação.

Assim este valor de fator de segurança baixo na zona de

ligação na corresoinde ao real devido às diferenças com a

realidade. Como consequencia assumimos o valor que não

conta com este elemento de ligação Assumindo então o

valor de 3.657.

Figura 34 Fator de segurança no amortecedor novo segundo o critério de Von Mises para condição de carga de impacto em

aterragem de emergência


5.3.3. Analise de Fadiga

Para estar de acordo com as possibilidades de estudo do sofware númerico esta análise foi

realisada para 100 ciclos.

Como esperado a estrutura que aguentará apenas 100 ciclos será de borracha, logo, ela

deverá ser dimensionada para aguentar mais. Relativamente ao resto da estrutura, ela aguentara

no mínimo 1000 ciclos

5.4. Análise de vibração no Novo Amortecedor dimensionado

Simulando no Solidworks obteve -se as seguintes frequências de ressonância: Frequência Rad/sec Hertz Segundos

1 0.65223 0.10381 9.6333

2 0.48605 0.077358 12.927

3 0.27072 0.043087 23.209

4 0.03744 0.0059588 167.82

5 0.0214 0.0034059 293.6

Figura 37 Modo de vibração 2 Figura 38 Modo de vibração 1

Figura 35Percentagem de danos devido á fadiga devido as cargas

de impacto em condições de aterragem de emergência

Figura 36 Vida da estrutura em ciclos devido á fadiga

considerando carga de impacto em condições de



Figura 41 Modo de vibração 4

6. ESTRUTURA CENTRAL

6.2. TUBO BASE

Relativamente à estrutura central veremos que o pilar e o tubo base são os mais afetados

devido as cargas aplicadas, assimo foco foi para estes dois elementos.

Figura 42 Estrutura Central

Representando a distribuição de carga mais aproximada da real e, considerando todas as

cargas de maior impato, obtemos o seguinte modelo:

Figura 40 Modo de vibração 3 Figura 39 Modo de vibração 4


Figura 43 Deformações na estrutura central.

6.2.1. Considerações e constrangimentos

Considerou-se o tubo base fixo na extremidade esquerda e no local de fixação do trem

dianteiro considerando assim uma estrutura de viga apoiada em dois pontos como representado na

figura 52.Obtemos assim um modelo mais conservador, já que se o tubo base estiver bem projetado

deste modo também estará considerando todo o triciclo.

6.2.2. Fórmulas utilizadas

Utilizou-se o teorema de castiglino para se saber as reações nos pontos de apoio e as

equações universais deformada nas vigas.


Para este cálculo ultilizou-se um estudo apenas com elementos de viga.

Figura 44 Flecha máxima no tubo Base devido ás cargas de peso de passageiros e peso de combustível em condições de


Podemos observar que o valor de flecha máxima obtido em Solidworks foi de 4.63 mm.

Para confirmar este valor e validar o modelo calculou-se a flecha máxima através do Maple

usando as equações universais de deformação da viga obtento assim a seguinte tabela comparativa:


Tabela 6: Tabela de comparação entre valor de deformação máxima analítico e numérico no tubo base

Quantidade

Cálculo

analítico(Maple)


finitos, Solidworks)



δFy

Como podemos observar temos erros relativos de 2.74 % o que é aceitável devido à

diferença dos programas, validando assim o modelo de estudo numérico de elementos finitos.


Figura 45 Fator de Segurança devido ás cargas de peso do combustível e de passageiro em condições de aterragem de

emergência

Com um fator de segurança na ordem de 3.72 para as condições de aterragem de

emergência exigidos pela norma, podemos verificar que o tubo base encontra-se em condições de

segurança.

A zona mais solicitada será o apoio onde esta fixado o trem dianteiro. Podemos ver que seu

deslocamente de tem um fator de segurança menor sendo uma zona de concentração de tensões

de vido ao apoio.

6.2.5. Análise de fadiga

6.2.5.1. Considerações e constrangimentos

Para esta analise teve de se voltar ao primeiro modelo construido devido ao facto de não

ser possivel fazer a simulação de fadiga só com elementos viga. Desta vez temos a viga encastrada

na extremidade e nos furos de ligação do trem dianteiro com o tubo base e assim obteve-se os

seguintes resultados:


6.2.5.2. Resultados Percentagem de danos muito elevado.

Figura 47 Zona mais danificada

devido á fadiga no tubo base

Para cargas de aterragem de emergência chega a sofrer danos na ordem do 1265.2% em

certas zonas com ilustrado, nomeadamente na zona dos furas para fixação do trem dianteiro. O ciclo de vida para zona mais afetada foi de 395.19 ciclos.

Figura 48 Vida do tubo de base em ciclos devido as cargas em condições de aterragem de emergência

Para as zonas mais solicitadas a vida seria de apenas 395.19 ciclos. Mas também não

esqueçamos que estamos em condições de aterragem de emergência.

7. ESTRUTURA CENTRAL

7.2. PILAR

O pilar é outro componente relativamente a estrutura centra a ter em conta para o

dimensionamento seguro do projeto, já que será onde haverá maiores deformações em caso de

aterragem de emergência.

7.2.1. Considerações de constrangimentos

Calculou-se o peso que resultaria no pilar de dois passageiros de 220 kg pelo que 110 kg ou

seja 1079.1N. Considerou-se também a reação que o peso do motor causa no pilar concluindo

então o resultado FR (força resultante).

Figura 46 Percentagem de dano no tubo base devida á fadiga



Figura 49 Deformação do Pilar devido às cargas de aterragem de emergência considerando elementos viga

Como podemos ver temos um grande deslocamento quando aplicada força resultante no

pilar devido ás cargas, podendo concluir que o pilar é um dos componentes mais afetados.

Para posteriomente fazer a análise à fadiga do pilar não seconsederar a estrutura como elementos

viga e sim como solidos, por isso, fez-se o estudo do pilar como elementos sólidos e a realtiva

comparação com os resultados obtidos considerando elementos viga.

Figura 50 Deformação do Pilar devido às cargas de aterragem de emergência considerando elementos sólidos

Comparação e validação de resultados através de cálculos analíticos: Tabela 7: comparação de valor de deformação considerando elementos viga vs elementos sólidos

Quanti

dade

Cálculo analítico

(Maple)


finitos, FTOOL)



δBy

Os valores obtidos em Solidworks têm um erro de 1.1 % relativamente ao analítico realizado em

Maple.



Como podemos ver, temos um fator de segurança

muito baixo que é diferente do valor de 1.94

obtido em Maple, mas este, sendo o valor menor,

será o valor a ter em conta para dimensionamento

de um pilar seguro.

Figura 51 Fator de segurança no Pilar devido ás cargas de aterragem de emergência

7.2.4. Análise de Fadiga

O pilar tem um fator de segurança muito baixo o que significa que precisa de melhorias em

caso de aterragens de emergência.

A vida do pilar é de 100 ciclos com cargas de impacto de aterragem de emergência, o que

Figura 52 Percentagem de danos no pilar devido ás cargas

devido á aterragem de emergência Figura 53 Vida do pilar em ciclos devido ás cargas de



o torna um dos elementos menos seguros na aeronave.

8. ESTRUTURA CENTRAL- ANÁLISES DE VIBRAÇÃO E FADIGA

Para esta análise foi tido em conta a estrutura central encastrada na extremidade do tubo

base e no nó onde se faz a ligação com o trem dianteiro com ilustrado da figura 60.

Figura 54 Modelo para análise de Fadiga e vibração na estrutura central

8.2.ESTRUTURA CENTRAL- ANÁLISES DE VIBRAÇÃO

8.2.1. Resultados – Frequências naturais

Figura 58 1ª Frequência de Ressonância de 18.685 Hz e devida

amplitudes de vibração na estrutura central

Figura 55 2ª Frequência de Ressonância de 31.373Hz e devida







Figura 59 5ª Frequência de Ressonância de 83.543 Hz e devida amplitudes de vibração na estrutura central

A estrutura poderá estar sujeita a estas vibrações na descolagem ou em manobras em solo,

como tal, há que se ter em atenção a possibilidade de ocorrência destas vibrações por ressonância.

Podemos ver que, o efeito mais agressivo será no mastro dianteiro onde com a frequência de 31.737

Hz chegamos a ter uma vibração com a amplitude de 1.31, e com 32.915 Hz uma amplitude de 1.

2.. Para tornar a estrutura mais resistente aos fenômenos de vibração pode ser incorporado nas

ligações entre as estruturas, elementos de absorção de vibrações como ilustrado na figura 60.

Figura 60 Ligações absorsoras de vibração

8.3.ESTRUTURA CENTRAL- ANÁLISES DE FADIGA

8.3.1. Considerações e constrangimentos

Para estas análises o Solidworks não permite uma análise de fadiga apenas com elementos

de viga, para tal, todos os elementos tiveram de ser usados como elementos sólidos para assim

poder fazer as análises. Assim passou a haver uma diferença na aplicação das forças e também nas

fixações, passando da aplicação das forças de nós para arrestas e áreas, das fixações encastradas

em nós para a aresta de ligação do trem de aterragem dianteiro e perfil na extremidade esquerda

do tubo de base como ilustrado na figura 61.


Figura 61 Modelo utilizado para cálculo de fadiga na estrutura central

8.3.2. Resultados – Deformação

Há uma diferença entre a deformações considerando sólidos ou considerando vigas

provavelmente devido à ligeira diferença de modo de aplicação das forças e das fixações. O

resultado obtido está ilustrado na figura 62.

Figura 62 Resultado da deformação máxima no pilar considerando elementos sólidos

8.3.3. Comparação dos valores obtidos

Tabela 8: Comparação dos resultados da deformação na estrutura central considerando elementos viga ou sólidos

Quantida

de

Cálculo numérico

(Elementos finitos,

Solidworks)-VIGAS


finitos, Solidworks)-Sólidos



δy

Podemos observar um erro relativo de 13.9 % que então será transmitido para a nossa análise

de fadiga. E assim podemos considerar este erro aceitável e prosseguir para a análise de fadiga.


8.3.4. Analise de Fadiga

A percentagem de danos foi de 5000 % de máximo com o ciclo de vida mínimo da

estrutura de 100 ciclos para a mesma zona.

Figura 64 Zona com maior

percentagem de danos

Figura 65 Vida em ciclos da estrutura central

A zona mais afetada faz com que o tubo base e pilar tenham uma vida apenas de 100 ciclos

ou seja 100 aterragens de emergência com as condições de força aplicadas à condição de

emergência.

Figura 63 Percentagem de danos na estrutura central devido á fadiga


9. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

Pode se dizer que este estudo foi feito para a pior condição de funcionamento do triciclo, que

é o caso de aterragem de emergência de onde podemos concluir que as estruturas mais afetadas

são o pilar, os amortecedores e o tubo base em certa zona. Podemos ver isso principalmente através

das análises de fadiga aos componentes.

Relativamente às vibrações podemos ver quais as frequências de ressonância da estrutura que

podem por em perigo a segurança da estrutura devido ás vibrações. Este foi um estudo muito

conservador de modo a ter um projeto mais seguro possível, mas por este mesmo motivo não valida

totalmente a sua fiabilidade.

Para completar este estudo melhorando-o, deveria ter estudado também todos os elementos de

fixação porque neles é aplicado grandes esforços. Poderia também fazer estes estudos comparando

diferentes materiais, podendo assim saber realmente qual ou quais os melhores materiais a serem

aplicados na estrutura.


REFERENCIAS

[1] SHIGLEY, J., MISCHKE, Mechanical Engineering Design, McGraw-Hill.

[2] Hibbeler, R. C., Mechanics of Materials.

[3] Norma ASTM F2317.29692

[4] Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines, Ahmed F. El-Sayed.

[5] Resistência dos Materiais, TIMOSHENKO, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.

TRICICLO DE UM ULTRALEVE - isel.pt · No Solidworks o modelo assumido como podem observar,...

Documents

Transcript of TRICICLO DE UM ULTRALEVE - isel.pt · No Solidworks o modelo assumido como podem observar,...