A aplicação de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas extraindo-se sua máxima capacidade de resistir a fenômenos mecânicos não é tarefa simples. Muito das dificuldades são oriundas das características não lineares da formulação das matrizes da relação constituinte do material compósito originadas das relações trigonométricas para determinação dos termos das matrizes de rigidez do material. Tais dificuldades são notórias em diversas publicações abordando processos de otimização de materiais compósitos. Contudo, uma abordagem mais simples é passível de ser explorada através dos parâmetros de laminação. A aplicação de tal conceito aliado à utilização de algoritmo robusto e eficiente, assim como do conceito de bancos de laminados para determinação das regiões viáveis de projetos permite a otimização de estruturas aeronáuticas perante os fenômenos de impacto transversal e flambagem linear. No primeiro caso, impacto transversal, é proposto a utilização de equações fechadas para a solução do problema de impacto transversal de baixa massa. Códigos FORTRAN são utilizados para realizarem a otimização para diferentes espessuras de placas laminadas. Apesar de apresentar limitações de utilização, as equações fechadas demonstram-se como uma boa ferramenta, especialmente, na determinação do número de camadas mínimo para resistir ao fenômeno de impacto. No caso da otimização da carga de flambagem, códigos FORTRAN são utilizados aliados ao software ABAQUS para a solução do problema de flambagem linear via solução do problema de autovalor. Um metamodelo linear é utilizado para a estimativa das funções objetivo. O processo demonstra-se muito robusto e eficiente na determinação do ótimo global para problemas de flambagem linear de placas laminadas sujeitas a cargas uniaxiais.

A verificação final do alinhamento direcional de aeronave é realizada na fase de vôo de produção conforme procedimento do cartão de vôo dos pilotos, o qual tem por objetivo verificar o comportamento direcional da aeronave a baixa velocidade. Esta atividade tem origem nos requisitos aeronáuticos para o projeto de uma aeronave o qual exige que ela tenha um controle direcional adequado. Trata-se de um requisito de grande importância e que envolve muitas variáveis de uma aeronave. Como o trem de pouso tem entre as suas funções principais permitir o movimento da aeronave, verificou-se a oportunidade de conhecer qual a influência deste componente junto a este requisito. Em outras palavras apresentar como este componente pode influenciar na trajetória direcional da aeronave. Este trabalho apresenta uma avaliação detalhada desta influência e propõe um método para avaliá-la e abordar este tema nos processos de ciclo de vida de uma aeronave. Pesquisas mostraram que a influência no controle direcional da aeronave está voltada para fatores do próprio sistema direcional da aeronave, a instabilidade do trem de pouso e a configuração deste na aeronave. Porém através de um estudo detalhado, um experimento simulado e com uma análise estatística neste trabalho, permitiu-se entender a relação do trem de pouso do ponto de vista geométrica neste comportamento, destacando também a importância da inclusão desta nova abordagem.

The use of computational tools in the aerospace industry has been an important ally in the prediction of physical phenomena. Investment in knowledge in computational simulation is essential for engineering professionals, who work in multidisciplinary design. However, paraphrasing the noble patron of aeronautics, Alberto Santos Dumont, "things are more beautiful when we have a wide vision of your work field", indicating, in the computational simulation context, that the knowledge of methods and theories allocated inside of the software black box allows a complete and lucid analysis of results. Evidently, by commercial reasons we cannot get the knowledge of how to give the total operation of the software, but the core concepts that guarantee the reliability of that can be studied. The Brazilian VHA 14-X is a technological demonstrator of a hypersonic airbreathing propulsion system based on supersonic combustion (scramjet) to fly at Earth';s atmosphere at 30 km altitude at Mach number 7 to 10, designed at the Laboratory of Aerothermodynamics and Hypersonics Prof. Henry T. Nagamatsu, at the Institute for Advanced Studies. Basically, scramjet is a fully integrated airbreathing aeronautical engine that uses the oblique/conical shock waves generated during the hypersonic flight, to promote compression and deceleration of freestream atmospheric air at the inlet of the scramjet. Scramjet is an aeronautical engine, without moving parts, therefore it is necessary another propulsion system to accelerate the scramjet to the operation conditions. The Brazilian two-stage rocket engines (S31 and S30) are able to boost the VHA 14-X to the predetermined conditions of the scramjet operation, 30 km altitude but at Mach number 7 and 10. Therefore, it is needed to design the structure of the VHA 14-X to support the aerodynamic loads during the atmospheric hypersonic flight at the same conditions. One-dimensional theoretical analysis, applied at 30 km altitude at Mach number 7 and 10, provide the pressure distribution on the VHA 14-X upper and lower surfaces. Structural materials for the stringers and ribs as well as coating materials for the thermal protection systems were specified based on preliminary studies. ANSYS Workbench software, which provides the Structural Numerical Analysis using Finite Element Method, has been applied to the structural analysis of the VHA 14-X waverider unpowered scramjet at 30 km altitude at Mach number 7 and 10. Stress field, strains and deformations are presented. Finally, the thermal response in terms of temperature field, total heat flux and directional heat flux in x, y and z axis are provided over the VHA 14-X waverider unpowered scramjet at 30 km altitude at Mach number 7 and 10.

Esta dissertação apresenta uma análise estrutural em regime transiente da câmara de empuxo do Motor Foguete a Propelente Líquido L15 que se encontra em desenvolvimento na Divisão de Propulsão Espacial, no Instituto de Aeronáutica e Espaço. Para tanto foi utilizado o método de elementos finitos por meio dos programas MSC.Patran e MSC.Nastran. O regime transiente caracteriza-se pela existência de um carregamento dinâmico, a pressão de câmara, variando no domínio do tempo. Para a determinação das respostas dinâmicas foi selecionada uma solução MSC.Nastran que calcula a resposta utilizando o método da superposição modal. Deslocamentos e acelerações de nós em duas diferentes regiões da câmara de empuxo (região cilíndrica e tubeira) foram resultados utilizados para quantificar a magnitude e intensidade das vibrações geradas nesses locais e verificar a influência do amortecimento.

O objetivo deste trabalho é propor modelos em elementos finitos que sejam capazes de descrever o comportamento do elemento estrutural representativo conhecido por Viga de Kuhn, quando este é fabricado pelo processo de união permanente intitulado Solda por Atrito - FSW (Friction Stir Welding), quando comparado a modelos analíticos. Inicialmente, faz-se uma ampla revisão bibliográfica dos trabalhos de autores diversos. Desta, originou-se uma descrição do processo de solda FSW, sua viabilidade como processo e seu potencial para a indústria aeronáutica. Ainda, seguiu-se a descrição da Viga de Kuhn, com foco de interesse no estudo do regime de pós-flambagem. São apresentados os métodos analíticos de análise de flambagem e pós-flambagem seguida de falha, tendo a literatura clássica para junções rebitadas como fundamento. Foram desenvolvidos três modelos de Elementos Finitos para o estudo computacional que incorporam junções com o objetivo de simular a soldagem FSW. São confrontados os resultados analíticos e computacionais como forma de melhor compreender o comportamento em pós-flambagem da viga.

As vigas mistas de aço e concreto, por empregarem cada um desses materiais dentro de suas melhores características mecânicas, são uma boa solução estrutural para vários problemas de engenharia. Em função da geometria, carregamento e restrições de deslocamentos essas vigas apresentam vários modos de falhas que precisam ser verificados no seu dimensionamento. Nesse contexto, esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento das vigas mistas em situações onde a aplicação da não linearidade geométrica pode a priori ser importante. Em vigas simplesmente apoiadas, com a linha neutra localizada no perfil de aço e em vigas contínuas na região de momentos negativos, o perfil de aço está sujeito à compressão. Nessas situações os modos de falha de flambagem local, flambagem lateral por torção e flambagem distorcional (no caso de perfis I enrijecidos) podem ocorrer principalmente quando o perfil de aço é do tipo não compacto. Em vigas mistas com aberturas no perfil de aço, por exemplo, para passagem de tubulações, também há modos de falhas adicionais que devem ser investigados. O trabalho em questão foi conduzido empregando-se o código desenvolvido no CEMACOM com pequenas alterações para a priori permitir analisar problemas com pequenas não linearidades geométricas. Em paralelo empregou-se o software ANSYS customizado para analisar problemas com não linearidades geométricas significativas. Vários exemplos foram analisados empregando-se ambos os softwares e os resultados obtidos mostram o bom funcionamento do ANSYS customizado e do script para modelar vigas mistas. Por outro lado, algumas vigas analisadas demonstraram a carência de alguns recursos do programa desenvolvido no CEMACOM. / The steel - concrete composite beams are a good structural solution to various engineering problems. The main advantage of steel - concrete composite beams is to employ each of these materials within their best mechanical characteristics, which results in a more efficient stiffness/ weight ratio. Due to the geometry, loading and displacement constraints, these beams present several failure modes that need to be verified in their design. In simply supported beams, the steel profile is subjected to compression when the neutral line is located in the steel profile. In continuous beams, the steel profile is subject to compression in the hogging moment region. In these situations, local buckling, lateral - torsional buckling, and distortional buckling failure modes (in the case of I stiffened profiles) may occur. Local buckling becomes important when the steel profile is of the non-compact type. In several practical situations it is also common to use composite beams with openings in the steel profile, for example, for passage of pipes. This solution also introduces failure modes that must be investigated. A priori these problems require the use of a nonlinear geometric analysis to be studied. The work in question was conducted using the code developed in CEMACOM with small changes to a priori allow analyzing problems with small geometric nonlinearities. In parallel, the customized ANSYS software was used to analyze problems with significant geometric nonlinearities. Several examples were analyzed using both software and the results obtained show the proper functioning of the customized ANSYS and the script to model mixed beams. On the other hand, some analyzed beams demonstrated the lack of some resources of the program developed in CEMACOM.

A criação e confecção de joias, objetos de adorno, remete aos primórdios da humanidade. Ao longo da história as técnicas construtivas foram aprimoradas, porém os métodos produtivos do ramo joalheiro ainda hoje possuem forte caráter empírico de desenvolvimento. Nesse contexto, a presente pesquisa explora a possibilidade de simulação e avaliação do comportamento mecânico da joia, aplicada em etapas que precedem à produção. Busca-se como a análise estrutural por elementos finitos pode auxiliar o designer na avaliação de joias em processos de pré-fabricação. Para isso tem-se a criação dos corpos de prova gerados pela modelagem virtual, através do software Rhinoceros 3D. Os corpos de prova são exportados para o software Abaqus CAE, no qual são configuradas as propriedades do material, condições de carregamento e de suporte, simulando aspectos do uso diário da joia. Como material para simulação, são analisados aqueles mais utilizados no segmento, o ouro, a prata e o latão. Os resultados da simulação gerados no Abaqus CAE permitem avaliar as tensões geradas sobre o modelo, bem como os deslocamentos e deformações. Assim são identificados pontos frágeis na estrutura ou mesmo onde pode ter uma otimização da quantidade de material utilizado para cada joia, reavaliando a necessidade de aumentar ou reduzir o uso do material, buscando o equilíbrio estrutural do qual a joia necessitará. Os resultados obtidos comprovam que o método converge para uma importante ferramenta que proporciona dados sobre cada projeto a ser desenvolvido. Esses dados geram uma visão analítica onde as empresas podem definir qual a prioridade para cada projeto através de índices precisos, o que reduz a taxa de erro por projeto, auxilia no consumo adequado de matéria-prima, gerando economia de tempo e dinheiro. / The creation and production of jewelry, adornment objects, refers to the beginnings of humanity. Throughout the history, the construction techniques were improved, however the production methods of the jewelry industry today still have a strong empirical development and production. With this premise, the present research explores the possibility of simulation and evaluation of mechanical behavior for jewelry, in stages that are prior to production. With the application of external loads, the behavior of the jewelry through situations that may occur during the daily use can be analyzed. To create the study object it is used the software Rhinoceros 3D for make the virtual models. In the simulations the most used materials in the jewelry segment are analyzed, as gold, silver and brass. The Finite Element software Abaqus CAE is used for the structural analysis. The results show that the method is an important tool to provide data about the development of each project. These data give an analytical perception in which companies can define projects priorities through precise indexes, reducing error rates, helping in a suitable consumption of raw materials, saving time and money.

Orientador: Fabrício Guimarães Baptista / Banca: Paulo Sérgio da Silva / Banca: Carlos de Marqui Junior / Resumo: Esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental da viabilidade do uso dos diafragmas piezelétricos comerciais de baixo custo (comumente conhecidos como buzzers) em sistemas de monitoramento de integridade estrutural (SHM - Structural Health Monitoring) baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial nas últimas décadas por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves que operam simultaneamente como sensores e atuadores. Foram realizados vários testes em barras de alumínio utilizando diafragmas de diversos tamanhos; as assinaturas de impedância elétrica e os índices de dano foram comparados com os obtidos usando uma cerâmica convencional de PZT (Pb-lead Zirconate Titanate - titanato zirconato de chumbo), que é o transdutor mais comumente utilizado nessa aplicação. Os danos estruturais foram simulados utilizando-se massas metálicas (porcas de parafuso), as quais foram fixadas nas barras com cola a base de cianoacrilato. Quatro tipos de experimentos foram realizados para fins de comparação: estimação da sensibilidade dos transdutores utilizando método da quebra do grafite (PLB - Pencil Lead Break - quebra do grafite); comparação dos índices de dano RMSD (root mean square deviation - desvio da raiz média quadrática) e CCDM (correlation coefficient deviation metric - métrica do desvio do coeficiente de correlação), calculados a partir das assinaturas de impedância; avaliação dos efe... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This dissertation presents an experimental analysis of the viability of low-cost commercial piezoelectric diaphragms (commonly known as buzzers) in structural health monitoring (SHM) systems based on the electromechanical impedance (EMI) technique. This application has received special attention in recent decades because it is based on the use of small, lightweight piezoelectric transducers operating as both sensors and actuators. Several tests were carried out on aluminum bars using diaphragms of different sizes; the electrical impedance signatures and damage indices were compared with those obtained using a conventional PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate) ceramic, which is the most commonly employed transducer in this application. Structural damage was simulated using metallic bolts (steel nut), which were fixed in the bars using cyanoacrylate glue. Four types of experiments were carried out for comparison between the two transducers: sensitivity estimation using the pencil lead break (PLB) method, analysis of the feasibility to detect structural damage using conventional impedance signatures and damage indices, analysis of temperature effects, and determination of the long-term reproducibility of the results. The results indicated that conventional PZT ceramics and diaphragms with similar size exhibit very close characteristics in relation to reproducibility, sensitivity to damage and temperature effects, which leads to the conclusion that the piezoelectric diaphragms are fea... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T13:22:35Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoProgramaAnalise.pdf: 984668 bytes, checksum: a45d409eb9d0859a2bc7fc098e5fad8f (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-21T16:13:37Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoProgramaAnalise.pdf: 984668 bytes, checksum: a45d409eb9d0859a2bc7fc098e5fad8f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T16:13:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_DesenvolvimentoProgramaAnalise.pdf: 984668 bytes, checksum: a45d409eb9d0859a2bc7fc098e5fad8f (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / Neste trabalho, realizou-se um estudo sobre a análise estrutural não linear física e geométrica de treliças planas com base na formulação co-rotacional. Para aplicação desta análise, elaborou-se um sistema computacional para fins didáticos. O presente trabalho apresenta as hipóteses simplificadoras fundamentais do problema e demonstrando todas as equações que governam o problema. Para considerar o comportamento não linear do material, foram utilizadas equações constitutivas de material hiperelástico, e as equações constitutivas do modelo de Menegotto e Pinto. Na fase de implementação computacional utilizou-se a linguagem de programação MatLab, com conceitos gerais de programação orientada a objeto. Para validar o programa, compararam-se os resultados obtidos através deste sistema com os disponíveis na literatura. Nestes testes de validação e exemplos, comprovou-se a eficácia e aplicabilidade dos algoritmos implementados para a análise, e a sua praticidade quanto ao uso, pois é possível utilizar o sistema computacional para ensino e análise não linear de treliças planas. / In this work, we carried out a study on the physical and geometrical non-linear structural analysis of plane trusses in co-rotational formulation. For the purposes of this analysis, it elaborated a computer system for teaching purposes. This paper presents the key simplifying assumptions of the problem and demonstrating all the equations governing the problem. To consider the nonlinear behavior of the material, constitutive equations of hyperelastic material were used, and the constitutive equations of Menegotto and Pinto model. Computational implementation phase we used the Matlab programming language, with general concepts of object-oriented programming. To validate the program, we compared the results obtained through this system to the available literature. In these validation tests and examples, it has proven efficacy and applicability of algorithms implemented in the analysis and its practicality in the use, it is possible to use the computer system for teaching and nonlinear analysis of plane trusses.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T13:30:47Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseParametrosGlobais.pdf: 10233195 bytes, checksum: c99c66bb101be8899f840229ac850ec6 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-22T12:06:10Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseParametrosGlobais.pdf: 10233195 bytes, checksum: c99c66bb101be8899f840229ac850ec6 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T12:06:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_AnaliseParametrosGlobais.pdf: 10233195 bytes, checksum: c99c66bb101be8899f840229ac850ec6 (MD5) Previous issue date: 2015-12-22 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A verificação dos edifícios de concreto armado é realizada tanto por análise local quanto por análise global. Na análise local são avaliados os efeitos das deformações nos elementos isolados. Já na análise global o comportamento é avaliado considerando a estrutura como um todo. Normalmente, essa verificação global é feita através de parâmetros de projeto, os quais permitem manter o controle de problemas que podem afetar a segurança ou o desempenho das estruturas. Por meio dos sistemas computacionais é possível obter, com bastante rapidez, diversos parâmetros que oferecem um diagnóstico praticamente completo das repostas que as estruturas apresentarão quando submetidas à ações externas, como o vento ou as cargas verticais. Contudo, não basta processar modelos estruturais e obter resultados, é necessário interpretar o que estes significam e verificar sua validade. Diante disso, esse trabalho foi desenvolvido com o intuito de contribuir para os estudos referentes à análise global das estruturas, a partir dos parâmetros a saber: coeficientes e 21, fator de carga crítica global de flambagem, deslocamentos horizontais, frequência fundamental e aceleração. São estudados casos diversos de estruturas idealizadas, com o objetivo de avaliar as relações entre esses parâmetros e propor equações simplificadas para o cálculo do fator de carga crítica global e para a frequência fundamental, em função do coeficiente . Além disso, são analisadas algumas estruturas de edifícios reais visando avaliar as equações propostas e estabelecer comparações com os limites recomendados pelas Normas Brasileiras. Para o processamento das estruturas foram empregados dois programas de análise, o TQS e o SAP2000. De forma geral, as equações que relacionam o coeficiente com o fator de carga crítica, e com a frequência fundamental apresentaram resultados satisfatórios. Para os deslocamentos e acelerações, não foi possível estabelecer equações devido a inexistência de relação destes como o . Quanto aos limites normativos, constatou-se que mesmo que as estruturas estejam atendam aos critérios de segurança quanto à instabilidade global, ainda assim estas podem não estar livres de problemas relacionados aos deslocamentos horizontais excessivos e às vibrações perceptíveis ao ser humano. / The verification of reinforced concrete buildings is carried out by local analysis and by global analysis. In the local analysis are evaluated the effects of deformations in the isolated elements. Already in the overall analysis of the behavior is evaluated considered the structure as a whole. Normally, this overall verification is done through design parameters, which allow to maintain control of problems that can affect the safety or performance of buildings of reinforced concrete. By means of computer systems, it’s possible to obtain, fairly quickly, a series of parameters that offer virtually complete diagnostic of the answers that the structures will present when external actions submitted, like the wind or the vertical loads. Howeverit is not enough process structural models and get results, it is necessary to interpret what these mean and verify its validity. Therefore, this study was done with the intention to contribute with the referring studies the overall analysis of the structures, based on the design parameters to know: and 21 coefficients, overall critical load factor of buckling, horizontal displacements, fundamental frequency and acceleration. Are studied several cases of idealized structures, with the objective to evaluate the relation between these parameters and propose simplified equations for calculating the overall critical load factor and the fundamental frequency from the coefficient. Furthermore, are analyze some real building structures aiming to evaluate the proposed equations and draw comparisons with the limits recommended by Brazilian standards. For the processing of structures were used two analysis programs, the TQS and the SAP2000. Generally speaking, the equations that relate the coefficient with the critical load factor and with the fundamental frequency showed satisfactory results. For displacement and acceleration, could not establish equations due to inexistence of relation of these as the . As for the normative limits, found to be that even structures that fulfill the safety criteria for the overall instability, nevertheless these may present problems related to excessive horizontal displacements and vibrations perceptible to the human being.