Uma metodologia para a otimização da orientação das fibras de material laminado de uma longarina considerando critérios de falha

Abstract

O presente trabalho visa obter a melhor configuração de orientação de lâminas das camadas do material composto de fibra de carbono, utilizando como base a longarina do avião da equipe Pampa Aerodesign da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. O Problema de otimização é resolvido através de técnicas de otimização do tipo programação linear sequencial (SLP, na sigla em inglês) em conjunto com o método de diferença finitas à frente. Para os cálculos analíticos, foi utilizado teoria clássica da laminação (CLT, na sigla em inglês). O problema de otimização é escrito como a minimização de um critério de falha usando a orientação das fibras do laminado como variável de projeto, e se busca projetar a estrutura com o menor número possível de camadas com a condição de segurança contra falhas. Sendo assim, é possível conseguir um resultado ótimo em termos de segurança e de peso final da estrutura. Visto que esse trabalho tem intenção de alcançar resultados para a equipe Pampa, também foi levado em conta as limitações impostas pelo método de fabricação utilizado atualmente. Contudo, é de se ressaltar que é possível aplicar para outras estruturas com diferentes métodos de fabricação, desde que seja devidamente adaptado. Resultando em uma longarina com configuração final de lâminas de 49°, 49° negativos, 50° e 50° negativos.

This work aims to achieve the best configuration of the lamina orientation of airplane wing spar, designed by Pampa Aerodesign team of Federal University of Rio Grande do Sul, made by composite material that are compound of certain number of layers of a wing. With an optimization method called SLP (sequential linear programming) together the interactive method of forward differential finite. For the analytical calculation, the Classical Lamination Theory (CLT). This optimization problem is developed as the minimization of the failure criteria using the laminas fibres orientation as the project variables, and it seek to find the least number of layers with the best security coefficient. Since this work have the intentions to find results for the Pampa Aerodesign team, the limitations imposed by the construction used by the team was taken in considerations. However, it is important to remark that is possible to apply this study for other structures, with different fabrication process since this is properly adapted. Resulting in a wing spar with final configuration of the laminate 49°, negative 49°, 50° and negative 50°.