Modelo probabilístico de optmização de materiais compósitos em condições de serviço

Abstract

SUMÁRIO A presenta-se um modelo probabilítico visando o projecto óptimo de materiais compósitos baseado na análise de fiabilidade e na optimizaçao de estruturas de acordo com as condiçoes de serviço. Os estados limite de serviço podem ser atingidos como resultado de tensoes e deslocamentos excessivos ou danos localizados. A segurança estrutural de acordo com os estados limite de serviço é definida por meiode um modelo flexível de cálculo baseado na análise da fiabilidade estrutural de Nível 2. Usando aproximaçoes de segunda ordem e técnicas iterativas associadas ao método de Lind-Hasofer calcula-se o índice de fiabilidade do sistema e a respectiva sensibilidade no failure point. Para integrar os princípios da teoria da fiabilidade estrutural na optimizaçao de estruturas em materiais compósitos , desenvolve-se um método multinível tendo como objectivo o projecto óptimo de placas e cascas em compósitos laminados. Propoem-se uma, estratégia de optimizaçao em dois níveis tendo como objectivos a minimizaçao do peso da estrutura a maximizaçao da eficiencia estrutural e impondo restriçoes de tensao e deslocamento definidas em termos de fiabilidade. As variáveis do projecto sao as espessuras dos laminados e as orientaçoes das camadas. O método proposto é testado e os resultados analisados. SUMMARY The probabilistic optimal design of composite materials under service conditions based in reliability analysis and structural optimization theories is discussed. Service limit states can be reached as a result of excessive stresses, excessive deflections or local damages. A suitable calculation model based on Level 2 reliability analysis defines the structural safety under service limit states. Using second order approximation and the Lind-Hasofer iterative techniques the reliability system index and the respective sensitivity are evaluated at the failure point. To apply the reliability theory principles to composite materials optimization a multilevel method aiming at the optimal design of shells and plates made of laminated composites is developped. A bilevel optimization strategy is proposed where the structural weight minimization and efficiency maximization are the objectives with constraints on stresses and on displacements expressed in terms of reliability. The design variables considered are the laminate thicknesses and the layers angles. The proposed method was tested and the results analyzed.