Structural members, such as, stiffeners are applied to aeronautical structures in order to promote the necessary global or local dynamic stiffness. The manufacture and assembly process of these parts and machines capability can introduce variability in the parts and thereby incorporating uncertainties in the structural performance. Tolerances known as GD&T (Geometrical dimensioning and Tolerance), must be specified for several dimensions during the engineering design, in order to enable the manufacture of the structure. In the same way, some material properties have variability, when different suppliers are involved. Thus, the uncertainties must be incorporated into the structural analysis in order to obtain a more reliable design. Therefore, the present thesis applies the SFEM to incorporate these uncertainties in a typical structural member and panel applied in the aeronautical industry. The approach used was Perturbation Technique using Taylor series expansions to incorporate the uncertainties in the structural members typically used in aircraft. Natural frequencies, frequency response functions and modal analysis are studied in order to understand the consequences of these uncertainties in a beam with hat and "Z" section normally applied as an aircraft panel stiffener. The stiffeners were modeled considering the Timoshenko Theory in Matlab software. Sensitivity analyses were applied for the correct interpretations and trends of the top contributors. Also an aircraft panel was performed using Nastran and Matlab software together to incorporate these uncertainties on the modal analysis. Final conclusions and issues of implementation and applicability are performed using MCS as a validation model for the stiffeners and the total range variation for the aircraft panel.

Algumas superfícies de controle de aeronave possuem deformações indesejadas quando submetidas aos carregamentos de vôo. Este trabalho apresenta uma proposta de aplicação de atuadores piezoelétricos em superfícies de controle de tal forma que as deformações geradas pelos atuadores piezoelétricos atenuem as deformações ocasionadas pelos carregamentos aerodinâmicos. Para avaliação da efetividade da aplicação proposta, é apresentada uma metodologia de modelagem em elementos finitos da aplicação dos atuadores piezoelétricos em superfícies de controle. Resultados obtidos através desta metodologia de modelagem são comparados com resultados experimentais de referências bibliográficas como forma de validação da metodologia proposta. Uma proposta de lay-out estrutural de spoiler de aeronave com atuadores piezoelétricos é apresentada como exemplo da aplicação.

O conforto térmico dentro da sala de embarque B, saguão e extit{check-in} do Aeroporto Internacional Tancredo Neves - Confins/Belo Horizonte foi avaliado neste trabalho. Os parâmetros utilizados neste estudo foram as cargas térmicas geradas pela radiação solar, ocupantes e equipamentos relativos ao processamento de passageiros, por meio de medições de temperatura e umidade relativa do ar nos componentes descritos a cima, e de temperatura e umidade do ar externa em um período de 104 dias. As estimativas mostram que o calor gerado pela radiação solar é a carga térmica mais significativa. Entretanto, esta é adequadamente dissipada, visto que menos de 10\% desta chega às áreas estudadas. Este fato evidencia a relevância de um projeto coerente com a tipologia da edificação, com o clima local, seu impacto na qualidade do conforto térmico oferecido aos usuários, e no consumo energético por parte do sistema de ar condicionado do aeroporto.

O presente trabalho descreve análises numéricas e experimentais do comportamento estrutural de painéis laminados no regime de pós-flambagem. O objetivo e principal contribuição original deste trabalho é o desenvolvimento de metodologias de análise para o projeto de painéis reforçados de materiais compósitos para aplicações aeronáuticas. Um conjunto de painéis laminados reforçados foi testado estaticamente em compressão pura e flexão em sete pontos até a falha catastrófica para caracterizar a influencia da imperfeição na colagem da interface painel-reforçador na delaminação desta interface no regime de pós-flambagem. Uma análise numérica do painel reforçado que considera não linearidade geométrica e do material foi desenvolvida e validada para os diferentes casos de imperfeição na interface. O modelo de dano é baseado na Mecânica de Dano do Continuo combinado com uma lógica de contato. O modelo foi implementado no software ABAQUS com um procedimento de análise via relaxação dinâmica. Este trabalho também apresenta estudo numérico-experimental detalhado da variação das frequencias naturais e modos de vibração de um painel plano de alumínio sujeito a carregamento compressivo no regime de pré e pós-flambagem. Uma metodologia experimental robusta via caracterização da matriz de flexibilidade do sistema é proposta e validada. Diversos modelos de elementos finitos com diferentes metodologias de solução foram desenvolvidos e comparados com os resultados experimentais. Não linearidade geométrica, imperfeição geométrica e efeitos de condições de contorno também são tratados. Embora o estudo dinâmico no regime da pós-flambagem, seja baseado numa placa de alumínio, a metodologia numérico-experimental desenvolvida e validada é bastante geral e pode ser aplicada da mesma maneira para painéis de materiais compósitos.

O tema central desta pesquisa foi a avaliação estrutural de pavimentos, com ênfase no estudo sobre a retroanálise de bacias de deflexões, de dados de ensaios não destrutivos, provenientes do Falling Weight Deflectometer (FWD). Com a evolução da demanda das indústrias aeroportuária e rodoviária, as empresas desses setores passam a lidar com um volume de tráfego cada vez maior. Em conjunto, percebe-se o aumento da adoção e desenvolvimento de sistemas de gerenciamento de pavimentos. Assim, a pesquisa de ferramentas que se apliquem na avaliação estrutural de pavimentos é um tema relevante e bastante pesquisado. O objetivo desta dissertação foi estudar e propor uma rotina rápida de retroanálise de bacias de deflexões de FWD, para obtenção dos módulos de elasticidade das camadas do pavimento. Buscou-se um processo na forma de um programa de computador, com características de ser de resposta rápida ao se analisar várias estruturas, de modo que possa ser adotada em rotinas de sistemas de gerencia de pavimentos. Trata-se de uma alternativa aos variados programas e soluções que vem sendo pesquisados, cujos enfoques são a precisão e análise de estruturas individualmente. Foram realizados testes com diversas estruturas de pavimentos flexíveis e semirrígidos para avaliar o desempenho da rotina proposta. Os resultados do trabalho indicam que a rotina depende do banco de dados utilizado, mas apresenta uma precisão de 15% no valor dos módulos, com grau de confiança de 95%.

Esta dissertação apresenta as aplicações de um túnel de choque hipersônico, ou túnel de vento hipersônico pulsado, e os conceitos do funcionamento de tubos de choque e de túneis de choque. São, também apresentadas as considerações necessárias no projeto de túnel de choque hipersônico, a ser desenvolvido na Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados (IEAv/CTA). São apresentadas as avaliações das características construtivas, estruturais e dimensionais, utilizando-se aplicativos comerciais de modelagem e análise estrutural pelo método de elementos finitos (MEF) e as considerações assumidas na análise de cada segmento do túnel, bem como os resultados obtidos para cada segmento. O trabalho é concluído com as recomendações de limites a serem adotados para as condições de uso do novo túnel de choque hipersônico da Divisão de Aerotermodinâmica e Hipersônica do Instituto de Estudos Avançados.

A estabilidade aeroelástica de asa cantilever é investigada no regime subsônico de escoamento. Esta configuração foi escolhida por ser largamente utilizada em ensaios em túneis de vento, com uma grande quantidade de resultados experimentais disponível para comparações. A investigação se baseia em modelos matemáticos, com o método clássico de elementos finitos para a representação estrutural, e o método doublet-lattice e a teoria das faixas para o cálculo das cargas aerodinâmicas não-estacionárias. A fim de desacoplar os graus de liberdade estruturais emprega-se uma transformação modal convencional, e as cargas aerodinâmicas instacionárias são obtidas diretamente na base modal. Os modelos estrutural e aerodinâmico são agrupados nas equações de moviemnto generalizadas, as quais representam um problema de autovalor que é resolvido utilizando os métodos k e p-k. os resultados obtidos são discutidos em termos da precisão e da conveniência dos métodos.

A formulation of a finite element for a composite plate containing distributed piexoelectric layers that can be either bonded to the surface or embedded within the structure, considering the Classical Laminated Plate Theory (CLPT), is presented. Temperatures effects are neglected. The finite element has a rectangular shape with four nodal points, flexural and membrane stiffness, six mechanical degrees of freedom per nodal point (u; v; w; W,x; W,y; W,xy) and one electrical potential degree of freedom per piezoelectric layer ( f ). This element presents continuity C0 in the in-plane displacements, continuity C1 in the transversal displacement and the electric potentials are constants throughout the plane of the piezoelectric layer but varying linearly thru the thickness. Two comparison case studies are presented and the present formulation shows a good agreement with the results available in the literature.

Este trabalho apresenta um estudo da influência dos componentes de um modelo de fuselagem, nas freqüências de vibração livre da estrutura e do fluído interno, possibilitando uma otimização do seu isolamento acústico. Foram feitas alterações nas dimensões dos componentes da estrutura, e através de um modelo feito com a técnica de Elementos Finitos, determinados os modos e freqüências de vibração livre da estrutura e do fluído interno, e seu possível acoplamento. Os resultados foram apresentados em tabelas e gráficos e discutidos.

The selective inversion technique in structural dynamics is presented. Plate and shell models under different constrains are presented and are compared with analytical results for validation and performance analysis. Complex aeronautical structures represented by a rear fuselage model is simulated and checked by finite element models. Conclusion based on accuracy and computational efforts are presented stemming on versatility and advantages in the eigenvalues extraction in dynamic analysis.