Simulação da interação fluido-estrutura (FSI) de atuadores Ti-Ni com memória de forma aplicados em flaps de aeronaves

Abstract

Este trabalho aborda a simulação da interação fluido-estrutura (FSI) de atuadores de Ti-Ni com memória de forma aplicados em flaps de aeronaves. A indústria aeroespacial, impulsionada pela busca por eficiência energética e sustentabilidade, tem adotado inovações em materiais, como ligas de memória de forma (LMF), que aprimoram o desempenho aerodinâmico e a eficiência operacional. A simulação FSI é utilizada para otimizar o projeto e garantir a segurança das aplicações, por meio de uma análise de elementos finitos (FEA) aplicada ao atuador responsável pelo acionamento de flaps de aeromodelo. A metodologia envolve a realização de análises de dinâmica de fluidos computacional (CFD) do perfil NACA 2412 de um aeromodelo em um túnel de vento, combinadas com a análise FEA. A escolha do material foi fundamentada em revisões bibliográficas, e os dados obtidos na análise estática, que resultaram em uma força de reação no flap, foram usados como condição de contorno para a análise FEA do atuador. A validação do modelo do atuador confirmou o comportamento da liga Ti-Ni, em conformidade com o modelo constitutivo, avaliando as forças e deformações dos fios de Ti-Ni em diferentes configurações e suas transformações de fase. Os resultados indicaram que o atuador é estável em relação ao ângulo de ataque, mas sensível à deflexão do flap, com uma leve redução no ângulo de giro à medida que a deflexão aumenta. Além disso, a deformação inicial dos fios e o ângulo de deflexão influenciam a resposta do atuador, sendo que maiores deformações resultam em maior movimento. O Ti-Ni se destaca pela geração de alta força, mesmo em fios de pequeno diâmetro. Conclui-se que o comprimento não deformado dos fios de Ti-Ni, a deformação inicial e os parâmetros geométricos do sistema são fundamentais para o projeto do atuador, impactando diretamente a tensão, a força gerada e o movimento.