Implementação do fator de perda na modelagem de painéis reforçados com alto grau de amortecimento

Abstract

Como parte do desenvolvimento das aeronaves comerciais, modelos numéricos em Análise Estatística da Energia (SEA) têm sido desenvolvidos com o objetivo de predizer, desde a fase de projeto, o comportamento vibro-acústico das mesmas. O objetivo é dotá-las de um adequado tratamento, para obter baixos níveis de ruído e de vibrações. As estruturas aeronáuticas são constituídas por uma casca cilíndrica, a qual é reforçada através de vigas longitudinais (reforçadores) e vigas transversais (cavernas). Estas estruturas estão submetidas a vibrações provenientes principalmente dos motores e das induzidas pela camada limite turbulenta. Um tratamento comum para atenuar as vibrações nestas estruturas é através da aderência de materiais viscoelásticos. O objetivo deste trabalho é mostrar uma metodologia para representar o efeito do material viscoelástico de camada restrita nos modelos numéricos desenvolvidos através de SEA. Para o estudo, foi utilizado um painel reforçado proveniente da fuselagem de uma aeronave comercial. O material viscoelástico em estudo é do tipo de camada restrita, comumente usado pelas indústrias aeronáuticas para este tipo de aplicações. Na primeira fase deste trabalho são determinadas as propriedades do material viscoelástico e os parâmetros da estrutura. O fator de perda por amortecimento e o módulo de elasticidade do material viscoelástico são estimados através da norma ASTM 756-98 (Viga Oberst), em diferentes temperaturas. Os parâmetros da estrutura, por sua vez, são determinados através do Método da Potência Injetada (PIM). A aplicação do PIM nesta estrutura é estudada em detalhes. São analisados os efeitos do número de pontos de resposta e de excitação sobre o valor do fator de perda. Também é analisado o efeito do campo vibratório direto sobre as respostas dos pontos próximos aos pontos de excitação. Utiliza-se o PIM para determinar as propriedades da estrutura, com material viscoelástico aderido, em diferentes temperaturas. Na segunda fase, são desenvolvidos dois modelos utilizando Análise Estatística da Energia através do programa AutoSEA2. No primeiro modelo a estrutura é representada como um sistema único (painel reforçado), e o material viscoelástico é representado como um tratamento para o controle do ruído (Noise Control Treatment, NCT). No segundo modelo, a estrutura é dividida em vários subsistemas (modelo semi-implícito) e o material viscoelástico é representado por um material multicamada fortemente acoplado a certos subsistemas. Os resultados dos modelos são comparados com os resultados obtidos dos ensaios experimentais. O modelo multicamada apresenta resultados mais coerentes que o modelo com tratamento NCT, principalmente nas freqüências acima de 2,5 kHz.

As part of the development of commercial aircrafts, numerical models in Statistical Energy Analysis (SEA) have been developed to predict the vibroacoustic behavior. The objective is to achieve an adequate treatment in order to obtain low noise and vibration levels. Aeronautic structures are comprised of a cylindrical skin which is stiffened through longitudinal beams (stiffeners) and transversal beams (frame beams). These structures are submitted to vibrations mainly coming from the engines and those induced by the turbulent boundary layer. One commom treatment to attenuate the vibrations in these structures is through the adherence of viscoelastic materials. The objective of this work is to demonstrate a methodology to represent the effect of constrained layer viscoelastic material in the numeric models developed through SEA. For this study, a stiffened panel from a commercial aircraft fuselage was used. The viscoelastic material studied is used in the aeronautics industry. In the first part of this study the viscoelastic material properties and the parameters of the structure are determined. The damping loss factor and the Young´s modulus of the viscoelastic material are estimated using the standard ASTM 756-98 (Oberst Beam), at different temperatures. The structural parameters are determined through the Power Injection Method (PIM). The PIM application in these structures is studied in detail. The structure behavior, with viscoelastic material, is also analyzed at different temperatures. In the second part, two numerical models are developed using the AutoSEA2 program. In the first model, the structure was modeled simply as one subsystem and the viscoelastic material was represented for a noise control treatment (NCT), across the entire structure. In the second model, the structure was divided into several subsystems and the viscoelastic material was represented by a multilayer material on certain subsystems. The results obtained with the numerical models were compared with the experimental results. The multilayer model presents better results that the NTC model, mainly at frequencies above 2.5 kHz.