A three-layer finite element model for the analysis of sandwich plates with laminated composite face-sheets is evaluated. In the model, the face-sheets are represented as Reissner-Mindlin plates and the core is modeled as a three-dimensional continuum. This representation allows accurate modeling for a wide range of core types. The three-dimensional problem is reduced to two dimensions by analytical through-thickness integration of the energy expressions for the evaluation of elastic and geometric stiffness, and mass matrices. The results from this model are compared to finite element results based on solid elements, laminated Reissner-Mindlin, and laminated classical plate theory. The objective of the work is to analyze the following aspects of sandwich plates using the developed model for a broad range of core stiffness: natural frequencies and corresponding mode shapes, critical buckling loads, stress stiffening effects, and the dynamic analysis including piezoelectric actuation on the face-sheets. When large differences between face-sheet and core stiffness is present it is illustrated that traditional laminate theories yield significant inaccuracy. Moreover, unlike plate models, the present theory is also capable of representing a variety of three dimensional boundary conditions. Furthermore, compared to solid models, the present sandwich model avoids numerical problems due to three dimensional element aspect ratio that facilitates modeling sandwich plates with thin faces and thick core. Therefore, the present model provides a powerful general tool for a wide variety of structural analyses of sandwich plates.

O objetivo deste trabalho é otimizar placas de materiais compósitos laminados com reforçadores, aproveitando-se do efeito de tensões residuais térmicas em problemas de estabilidade elástica e de freqüências naturais não amortecidas. Na maioria dos casos, a complexidade do problema não permite que somente o bom senso de engenharia seja suficiente para identificar configurações favoráveis ao enrijecimento elástico e geométrico. Técnicas de otimização são necessárias, portanto, para determinar projetos que tirem o melhor proveito da presença das tensões térmicas. A placa é modelada por elementos finitos lagrangianos isoparamétricos bi-cúbicos, baseados na formulação de Reissner-Mindlin. Aproximações dos autovalores via quociente de Rayleigh (RQA) são utilizadas para otimizar o desempenho da placa que opera em determinada faixa de temperatura. Expressões analíticas de sensibilidade das matrizes geométricas térmicas e de pré-carga são deduzidas para o cálculo da sensibilidade dos autovalores com relação às alturas das lâminas. Uma estratégia é proposta para reduzir o número de análises. Problemas de maximização de autovalor sujeitos a restrições de massa e/ou modos e de minimização da massa, com restrições de autovalor, são resolvidos. Abordagens para definir um projeto que deva atuar em diferentes temperaturas de operação são apresentadas. Os resultados numéricos mostram que os projetos ótimos são fortemente influenciados pelas tensões residuais térmicas, especialmente se as estruturas forem mais delgadas.

O estudo trata da avaliação de pavimentos aeroportuários para notificação do PCN. São estudados cinco aeroportos brasileiros, onde o Falling Weight Deflectometer (FWD) é usado para medir as deflexões do pavimento. O programa Laymod-3 é utilizado para a retroanálise dos módulos de elasticidade das camadas, e seus resultados são analisados. Quatro grupos de pavimentos são estudados: flexíveis, rígidos, compostos e semi-rígidos. Com base nos módulos de elasticidade das camadas dos pavimentos, obtidos por retroanálise, procede-se a avaliação do PCN com a utilização de uma variada gama de procedimentos e critérios para previsão de desempenho e projeto de pavimentos, para três níveis de tráfego. Os resultados são cuidadosamente analisados para definir quais critérios definem melhor a resistência do pavimento, em cada caso. Os procedimentos mais adequados foram aplicados no aperfeiçoamento do Programa PCN.

Este trabalho apresenta um estudo de aeroelasticidade não linear de placas e cascas através do modelamento via elementos finitos. A teoria aerodinâmica quase estacionária e a teoria de casca fina de Novozhilov foram utilizadas para a formulação do problema, cuja solução foi obtida utilizando o método de perturbação. Os resultados do ciclo limite para placa plana, casca achatada cilíndrica e casca achatada esférica foram obtidos e comparados aos existentes na literatura. Também foi analisado o efeito do amortecimento estrutural e aerodinâmico.

Este trabalho apresenta uma forma de integração dos programas ADAMS (marca registrada), ANSYS (marca registrada) e MATLAB (marca registrada), com o objetivo de se obter um modelo matemático linearizado de um sistema mecânico multicorpo com elos flexíveis. O modelo obtido é utilizado, no ambiente MATLAB (marca registrada), para o desenvolvimento de estratégias de controle ativo para amortecimento vibracional e controle posicional do sistema flexível. Esta integração é aplicada a um exemplo prático representativo de uma estrutura espacial tipo satélite com painéis flexíveis. O estudo é realizado em duas etapas complementares. A primeira etapa compreende a inclusão das características de flexibilidade dos apêndices do sistema modelado no ADAMS (marca registrada), através da discretização usando o método de elementos finitos no programa ANSYS (marca registrada). A segunda etapa consiste na obtenção de um modelo matemático linearizado no ambiente ADAMS (marca registrada), e a sua utilização no projeto de controle ativo de vibração usando o programa MATLAB (marca registrada). O controlador projetado no ambiente MATLAB (marca registrada) é transportado para o ambiente ADAMS (marca registrada) visando a comparação dos resultados simulados obtidos no MATLAB/SIMULINK (marca registrada) com os obtidos no ambiente gráfico do ADAMS (marca registrada). Estudos de validação dos resultados simulados foram realizados comparando-se os resultados teóricos com dados experimentais obtidos em laboratório.

O presente trabalho traz os resultados de um estudo que visou estender o método classificatório de solos MCT (Miniatura - Compactado - Tropical) aos solos lateríticos concrecionados, de modo a complementar a metodologia MCT. Tendo sido desenvolvido baseando-se na elaboração de correlações entre os equipamentos compactadores Mini-MCV e MCV-ITA. Foi inicialmente operacionalizado o equipamento MCV-ITA, efetuando-se adaptações no seu projeto original. Em seguida, foram selecionadas diversas amostras de solos de textura fina e submetidas aos ensaios nos equipamentos Mini-MCV e MCV-ITA. Foram então, feitas análises dos resultados e obtidas as correlações entre os dois ensaios. Testou-se então a funcionalidade do equipamento e validade das correlações para 4 amostras de solos lateríticos concrecionados. Também, foram analisados aspectos pertinentes aos ensaios como: travamento estrutural e quebra de grãos. Finalmente, é apresentado uma primeira aproximação do ábaco MCT-M para as concreções lateríticas como contribuição à engenharia de obras viárias.

O objetivo deste trabalho é descrever o projeto, e implementação experimental, e o estuda da dinâmica para controle ativo de um Sistema robótico montado sobre uma estrutura flexível (FSMS). O sistema consiste de um manipulador cilíndrico de três graus de liberdade, e de uma viga flexível acoplada a sua extremidade. Um manipulador rígido de um grau de liberdade é acoplado à extremidade livre do elo flexível do macro manipulador. A modelagem dinâmica e a análise modal experimental no domínio da freqüência, são aplicadas para projetar o controle digital para o micro manipulador, com o objetivo de minimizar as vibrações mecânicas da estrutura flexível do macro manipulador, induzidas durante o movimento do micro manipulador.

Neste trabalho é apresentado um modelo dinâmico para a análise de uma estrutura multicamadas anisotrópicas uniaxiais, com o eixo óptico normal ao plano das interfaces. Utilizando o formalismo de Fourier, que encaminha o problema para o domínio espectral, são obtidas expressões simples e fechadas para as amplitudes dos campos transformados, nas diversas camadas da estrutura. O modelo é empregado, inicialmente, na análise de uma antena de microfita excitada por uma abertura localizada no plano terra de uma linha de fita. São determinadas e analisadas suas funções de Green espectrais. Modos de propagação em um guia de placas paralelas com substratos anisotrópicos uniaxiais são também estudados, pois tais modos poderão ser excitados nos substratos da linha de fita que alimenta a antena em consideração. Para o caso particular de uma antena de fenda retangular, coberta por uma camada de proteção e alimentada com uma linha de fita, são estabelecidas as equações integrais para o cálculo, via método dos momentos, da densidade de corrente magnética ao longo da fenda, da densidade de corrente elétrica, da impedância característica, da constante de propagação e do coeficiente de reflexão da linha de fita que alimenta a fenda. Efeitos da anisotropia uniaxial sobre os parâmetros acima citados são apresentados e discutidos. Desses, são particularmente interessantes os produzidos sobre as impedâncias de entrada da antena de fenda e da linha de fita terminada abruptamente. Outros resultados importantes, que auxiliaram na validação do programa desenvolvido, foram obtidos para estruturas com substratos isotrópicos. Esses resultados estão em boa concordância com os calculados por programas comerciais.

Neste trabalho é desenvolvida uma ferramenta computacional para a análise de estruturas multicamadas isotrópicas, utilizando um modelo semi-empírico que associa funções de Green espectrais com expressões aproximadas para as densidades de corrente. Para ilustrar a aplicabilidade da ferramenta dipolos impressos e fendas eletromagnéticas são analisados.Inicialmente são determinados os campos eletromagnéticos transformados para cada camada da estrutura. O campo elétrico na região de Fraunhofer é obtido utilizando-se o método da fase estacionária. Em seguida, considerando a versatilidade dessa estrutura, são analisadas as características de irradiação de dipolos impressos e de fendas eletromagnéticas. O programa Mathematica foi o escolhido para se implementar a ferramenta. Com base no desenvolvimento teórico para os dipolos e fendas, redes lineares uniformemente espaçadas, alimentadas com correntes não uniformes são também analisadas, com uma atenção especial à análise de redes pelo método de Dolph-Tchebyscheff. Diagramas de irradiação das redes simulados no Mathematica são comparados com os gerados no programa Ensemble, apresentando uma excelente concordância.Em seguida, as condições para a síntese de uma rede de antenas capaz de satisfazer os requisitos de rejeição de sinais refletidos pelo solo em sistemas GPS (Global Positioning System) são estabelecidas. Alternativas para minimizar este efeito são estudadas, culminando com o estabelecimento de um diagrama de irradiação com uma forma pré-determinada. Este diagrama é sintetizado utilizando-se o método da série de Fourier. Redes de antenas são analisadas no Mathematica e no Ensemble. Os resultados das simulações, também neste caso, estão em excelente concordância.Uma vez estabelecida a rede linear, foram projetados e construídos protótipos com três e cinco fendas eletromagnéticas. Novamente, comparações entre os resultados do programa proposto e o comercial são realizadas. Medidas de impedância de entrada, perda de retorno e de diagramas de irradiação são apresentadas, verificando-se boa concordância entre os resultados teóricos e os experimentais. Fotografias dos protótipos construídos são mostradas ao longo do trabalho.

Com a crescente competitividade no setor aeronáutico, todo ganho, por menor que seja, em desempenho de aeronave é extremamente importante para seu sucesso comercial. O correto dimensionamento de entradas e saídas de ar leva a um ganho competitivo de uma aeronave em relação à outra. Isto se deve a grande presença de entradas e saídas de ar, como grelhas, scoops e as desenvolvidas pela NACA (National Advisory Committee for Aeronautics posteriormente todos os recursos foram transferidos para National Aeronautics and Space Administration - NASA) presentes em cada aeronave. Buscando obter o dimensionamento otimizado de grelhas utilizadas em sistemas aeronáuticos, alguns parâmetros de dimensionamento para grelhas de exaustão de ar foram obtidos via CFD (sigla do inglês para Computational Fluid Dynamics) para três tipos de grelhas: flush (altura da grelha nivelada com seu plano de instalação) com defletor reto, flush com defletor curvo e não flush com defletor curvo. Os parâmetros de dimensionamento das três grelhas analisadas no presente trabalho foram: coeficiente de descarga, razão de vazão mássica e coeficiente de pressão. Os resultados são apresentados para cada grelha analisada em função do número de Mach, altitude e vazão mássica. Um estudo de comparação com resultados experimentais, disponíveis na literatura, é também apresentado no presente trabalho. Os resultados apresentados nesta dissertação têm potencial para serem utilizados em um melhor dimensionamento de grelhas aeronáuticas em geral. Deve-se ressaltar que o presente trabalho não define o melhor tipo de grelha que deve ser utilizado para todas as funções, e sim apresenta alguns parâmetros que devem ser utilizados para o dimensionamento otimizado de uma grelha de exaustão de ar para o cumprimento de sua função.