A pesquisa contribui na estruturação de um modelo que possa ser aplicado ao projeto de restauração de pavimentos severamente trincados com o uso de sistemas anti-reflexão de trincas. Foram considerados dois sistemas usuais: camada de desvio de trincas com membrana intermediária de geotêxtil impregnado por asfalto, e camada intermediária de absorção de tensões através de grelha polimérica. A quantificação do desempenho obtido com a inserção dessas camadas intermediárias em relação ao desempenho da técnica convencional de recapeamento simples em concreto asfáltico foi feita de duas formas. Na primeira, ensaios de fadiga dinâmicos foram executados em vigotas prismáticas concebidas de modo a simular um pavimento trincado que tenha sido restaurado através de uma das técnicas aqui avaliadas, com aplicação de carga em duas posições críticas em relação à trinca subjacente: flexão e cisalhamento. Na segunda, um trecho experimental foi implantado em uma rodovia para estudo do desempenho relativo de seções restauradas com e sem o uso de membrana intermediária de geotêxtil. Os ensaios de laboratório mostraram que os principais fatores estruturais envolvidos (carga aplicada, abertura da trinca subjacente) não afetaram significativamente o Fator de Efetividade (incremento da vida de fadiga em relação ao recapeamento simples), sendo possível atribuir um fator igual a 5 para a grelha polimérica e um fator por volta de 2 para o geotêxtil. Enquanto o efeito do geotêxtil na posição cisalhante de carregamento foi pequeno (fator entre 1,3 e 1,6), o efeito da grelha foi significativo (fator entre 4,45 e 6,14). A grelha é mais recomendável, portanto, para situações onde a atividade das trincas seja elevada e a camada trincada seja mais espessa. O desempenho do trecho experimental confirmou o fator de efetividade de laboratório para as seções restauradas com o uso de geotêxtil, no que diz respeito ao trincamento por reflexão da camada asfáltica de recapeamento. Com relação aos mecanismos envolvidos na ação das camadas intermediárias aqui avaliadas, foram confirmadas observações de outros estudos com relação ao redirecionamento para a horizontal da trinca de reflexão no caso do geotêxtil. A ação da grelha foi no sentido de impedir a formação de uma única trinca de reflexão que monopolizasse a dissipação de energia em sua extremidade, forçando, ao contrário, o surgimento de muitas microfissuras distribuídas sobre um volume maior dentro da camada, com padrão errático de propagação, menores velocidades de crescimento e menor severidade. A simulação do ensaio através do Método dos Elementos Finitos explica o mecanismo observado em laboratório.

Este trabalho apresenta a formulação para a modelagem, a identificação e o controle ativo de vibrações em estruturas flexíveis. A técnica utilizada é a formulação generalizada de Lagrange. Para análise dos resultados deste trabalho foi montado um protótipo que consiste de duas vigas flexíveis acopladas a um cubo rígido o qual é atuado por um motor DC. Utilizando-se sensores do tipo extensômetros e acelerômetros, distribuídos ao longo da estrutura, obtém-se as deformações para realimentação de informações para o controlador. O controle é realizado em tempo real no ambiente MATLAB.

A linearização da equação do potencial de velocidades é feita com base na hipótese de pequenas perturbações, uma vez que é válida para o caso em que tem-se um perfil ou asa finos oscilando em alta freqüência dentro de um escoamento sônico uniforme. O fluido é considerado perfeito e barotrópico e o escoamento é considerado irrotacional, o que permite utilizar a equação do potencial completo para descrever o campo do escoamento. Após linearizar a equação do potencial completo, utilizam-se transformações apropriadas para transformá-la na equação da difusão. A solução dipolo é empregada na medida em que permite determinar o valor da velocidade induzida por um painel por meio do conceito da parte finita da integral. Os resultados são verificados quanto à sua convergência e coerência com os resultados fornecidos em outros trabalhos.

Neste trabalho foi realizado o cálculo das cargas aerodinâmicas e o pré-projeto estrutural de asa de uma aeronave de 50 passageiros durante o Mestrado Profissionalizante em Engenharia Aeronáutica e Mecânica, ministrado pelo ITA em parceria com a EMBRAER, através do seu Programa de Especialização em Engenharia. Primeiramente, o modelo estrutural foi desenvolvido baseando-se nas características aerodinâmicas iniciais da aeronave, possibilitando que o programa de análise aerodinâmica BLWF fosse utilizado para a geração numérica das distribuições de pressão na asa. Estas foram transferidas para o modelo estrutural através do método de interpolação linear bidimensional. Comparativamente, a diferença entre os totais de cisalhamento e de momento fletor obtidos pelo BLWF e pelo NASTRAN apresentou-se menor que 10%. Após isto, foi realizada uma análise estrutural estática de dois casos de carregamento da pressão aerodinâmica em um modelo de elementos finitos construído no MSC.Nastran a partir da geometria do programa CATIA. Através da comparação com aeronave da EMBRAER de porte semelhante, os resultados obtidos nas análises aerodinâmica e estrutural mostraram-se coerentes, necessitando de mais iterações do projeto para a otimização do modelo. A validação da primeira foi realizada através de gráficos de distribuição de sustentação, de esforço cortante, momento fletor e momento torçor. E a segunda através da análise dos valores de tensão obtidos.

Tendo em vista a grande ambição do mercado aeronáutico em termos de redução de massa e as possibilidades atualmente disponíveis, foi desenvolvido este estudo para se avaliar a possibilidade de redução de massa com aplicação de material composto nas nervuras do caixão central de uma asa. Para que este estudo seja realizado, são necessárias análises preliminares de flambagem e tensões nas nervuras em que se deseja fazer a otimização com relação à massa. A massa de uma nervura de material composto depende basicamente de dois fatores: da espessura total do laminado e da quantidade de camadas utilizadas no material escolhido. Estes fatores avaliados na otimização elaborada, juntamente com a escolha do conjunto de orientação de lâminas que apresentou a maior carga de flambagem para o carregamento aplicado. Todas estas otimizações tiveram como limite a massa apresentada pela configuração. Para que esta gama de análises fosse efetuada foi necessária a utilização de programas computacionais que utilizam o método dos elementos finitos, como NSC.Nastran for Windows para cálculo das cargas de flambagem e obtenção do campo de tensões nas nervuras. Depois de todas as análises elaboradas os resultados foram expressos na forma de gráficos, planilhas e histogramas para um bom entendimento dos resultados e suas conclusões.

A otimização topológica é uma metodologia que permite obter a melhor distribuição de material em uma estrutura, maximizando e/ou minimizando parâmetros de interesse. Pode ser aplicada em placas metálicas, onde geralmente resulta em uma estrutura treliçada. Esta metodologia tem limitações para o uso em materiais compósitos laminados. A otimização topométrica é uma metodologia recentemente desenvolvida para uso comercial no software GENESIS. É uma variação da otimização dimensional em que cada elemento da estrutura pode conter sua própria variável de projeto. Com o uso de fatores de penalização, é possível obter resultados semelhantes à otimização topológica. A otimização topométrica pode ser usada em compósitos laminados. O propósito principal deste trabalho é comparar duas metodologias de otimização que definem o layout de uma placa. Usando como ferramenta o software GENESIS, aplica-se a otimização topológica para um material metálico e a otimização topométrica com fatores de penalização para um material compósito. Estas metodologias são posteriormente empregadas a uma nervura de asa. Após a definição de um novo layout para a nervura, procura-se dimensionar esta estrutura em material compósito utilizando a otimização topométrica sem penalização, respeitando o carregamento e condições de flambagem da nervura original. Aspectos de continuidade para fabricação são descritos em seguida. Apenas um caso crítico de carregamento é usado para exemplificação.

Tubos flexíveis são amplamente utilizados na indústria offshore. Essas estruturas são empregadas no transporte de fluidos, na exploração de petróleo em águas profundas. Suas diversas camadas conferem propriedades, como a resistência mecânica e a impermeabilidade, que são importantes em ambientes de condições adversas. A instalação é uma etapa crítica da vida útil dos tubos flexíveis, visto que os carregamentos de lançamento podem danificar a estrutura dos mesmos. As cargas predominantes durante essa etapa são o peso próprio da linha, os esforços de compressão radial que são impostos ao tubo pelas sapatas dos tensionadores e a pressão de estrangulamento aplicada ao tubo pelas armaduras de tração. A magnitude dessas cargas está diretamente associada à profundidade de lançamento. O presente trabalho tem como objetivo a análise qualitativa dos principais parâmetros responsáveis pela falha dos tubos flexíveis quando submetidos aos carregamentos de lançamento. O comportamento do tubo é investigado em função da variação das cargas de esmagamento (crushing) e de estrangulamento (squeezing) com a profundidade de lançamento da linha. Esse estudo é conduzido através da proposição de modelos numéricos baseados no método dos Elementos Finitos. Aspectos importantes de modelagem como a representação do perfil real das camadas metálicas e das sapatas e a avaliação dos contatos entre as camadas são considerados nos modelos propostos. Os parâmetros de investigação são: a quantidade de sapatas e seu ângulo de abertura; a adição da capa polimérica externa e o estudo de seu contato com as sapatas; a rigidez das sapatas; e a profundidade de falha do tubo com atuação simultânea dos carregamentos de esmagamento e estrangulamento. A avaliação da influência desses parâmetros na falha do tubo flexível durante o lançamento é o escopo deste trabalho. Essa análise ainda proporcionou a determinação das regiões de escoamento das camadas metálicas considerando cada uma das variáveis avaliadas. Através deste trabalho, foi possível perceber que todos os parâmetros investigados têm influência na falha do tubo flexível. Alguns, no entanto, como o tipo de contato entre a camada polimérica externa e as sapatas, e a atuação do carregamento de estrangulamento no tubo não atuam de maneira significativa na falha. Assim, foi eleita uma configuração de lançamento a favor da segurança para o tubo investigado com base nos parâmetros estudados. / Flexible pipes are widely used in the offshore industry. These structures are employed in the transportation of fluids in deep-water oil exploitation. Its several layers provide different properties as mechanical strength and tightness that are important for operation in harsh environment condition. The installation procedure is critical in the life cycle of flexible pipes since the installation loads can damage the pipe structure. The prevailing loads during this step are the pipe weight, radial compressive forces applied to the pipe by the shoes of the tensioners, and the squeezing loads applied to the pipe by the tensile armors. The extent of these loads is directly linked with the launching depth. The main goal of this dissertation is the qualitative analysis of the main parameters that leads the pipe to failure by the installation loads. The behavior of the pipe is investigated considering the change in crushing and squeezing loads with the launching depth. This analysis is done through numerical models based on the Finite Element Method. Important modeling assumptions such as the representation of the actual profile of the layers and shoes and contact-pair between the layers are features taken in account into the models presented. The parameters investigated are: the number of shoes and their opening angle; the addition of the external polymeric sheath, and the study of their contact with the shoes; the stiffness of the shoes; and the depth by which the failure of the tube occurs when the crushing and squeezing loads are applied. The scope of this work is the evaluation of these parameters in the tube failure during installation. This analysis also provided to determine the regions of layers yielding considering one of the variables. Through this work, it was noticed that all parameters investigated contribute to the tube failure. However, some of them such as the contact between the external polymeric sheath and shoes, and the squeezing load do affect significantly to failure. Therefore, a launching configuration was chosen respecting the safety of the pipe, and based on the parameters investigated.

Este trabalho apresenta uma metodologia capaz de unir a análise hidrodinâmica de um sistema oceânico com sua análise estrutural, assim como o pós-processamento acoplado dos resultados. Foram criadas rotinas e códigos para que a série temporal de forças das linhas de risers e amarração de uma plataforma pudessem tornar-se dados passíveis de entrada num pré- processador de elementos finitos. Com a aplicação destas no modelo, e sua conseqüente análise no domínio do tempo, foi criada uma interface para os resultados do solver, para que pudesse ser importados no pós-processador hidrodinâmico, e visualizados com os mesmos movimentos que os obtidos na resposta da análise hidrodinâmica. O TPNView, atual pós-processador do laboratório Tanque de Provas Numérico(TPN), foi quem recebeu por fim as rotinas e interfaces criadas a partir das idéias apresentadas nesta dissertação. Com isso é possível ver em uma única ferramenta de visualização tanto o comportamento hidrodinâmico quanto o estrutural de uma estrutura do sistema de uma só vez.. / This work presents a methodology developed to treat the hydrodynamic analysis of an offshore system conjointly with its structural analysis; the same methodology also allows for combined post-processing of data. Programming routines were created so as to enable the use of the time series of the forces present at the risers and mooring lines as input data for a finite element analysis solver software. Applying this forces in to the finite element model, and its subsequent analysis in time domain, it was possible to create an interface between the solver output, so that structural analysis could be imported into the hydrodynamic post-processor and visualised with the same movements obtained in the hydrodynamic analysis response. TPNView, the post-processor developed at the Tanque de Provas Numérico laboratory, was benefited from the programming routines and interfaces developed for this thesis. Using the aforedescribed visualisation tools, it became possible to monitor at once both the hydrodynamic and the structural behaviour of a system component.

O trabalho visou realizar um estudo sobre o comportamento mecânico e de inflamabilidade de estruturas aeronáuticas de interior fabricadas a partir de compósitos reforçados por fibras naturais, especificamente compósitos de resina fenólica com fibras de algodão e de sisal, verificando assim, a possibilidade de substituir compósitos sintéticos. Num primeiro momento, análises experimentais foram executadas para determinar as propriedades mecânicas dos materiais. Em seguida, análises computacionais foram realizadas, empregando as propriedades referentes aos compósitos sintéticos e reforçados por fibras naturais, utilizando critérios de falha e tendo como referência o desempenho do compósito sintético para uma dada estrutura aeronáutica de interior. Além disso, foram efetuadas análises do seu comportamento quanto à inflamabilidade. A incorporação de retardantes de chama foi necessária para que os compósitos reforçados por fibras naturais atendessem aos requisitos de certificação aeronáutica. Após o processo de aditivação, observou-se um aumento do módulo de elasticidade à flexão (55% para o compósito de algodão, 16% para o compósito de sisal) e a diminuição da tensão de ruptura à flexão dos compósitos reforçados por fibras naturais analisados (45% para o compósito de algodão, 55% para o compósito de sisal). No entanto, com o aumento da espessura da estrutura aeronáutica adotada (5,2% para o compósito de algodão, 10,7% para o compósito de sisal), conclui-se que a substituição do compósito sintético pelo natural seria viável. Isto acarretaria em um aumento de massa em 6,2%, caso a estrutura fosse fabricada em compósito reforçado por fibra de sisal. Finalmente, constatou-se que a fração mássica de aditivo utilizada tem grande potencial de otimização e, que a eficiência dos compósitos reforçados por fibras naturais ainda pode ser melhorada. / This dissertation has aimed to study the mechanical behavior and the flammability of aeronautical interior structures manufactured from composites reinforced by natural fibers, specifically phenolic resin and cotton and sisal fibers composites, verifying the possibility of synthetic composites replacement. Firstly, experimental analyses were performed to determine the mechanical properties of the materials. Then, computational analyses were carried out, using properties of synthetic composites and composites reinforced by natural fibers. Also, failure criteria were applied, considering the synthetic composite performance of an interior aeronautical structure as reference. Furthermore, the behavior regarding flammability was analyzed. The addition of flame retardants was necessary for the composites reinforced by natural fibers in order to attend the aeronautical certification requirements. After the addition of flame retardants, an increase in the flexural modulus of elasticity (55% for the cotton composite, 16% for the sisal composite) and a decrease in the flexural stress at break (45% for the cotton composite, 55% for the sisal composite) were observed. However, with an increase of the thickness of the aeronautical structure (5.2% for the cotton composite, 10.7% for the sisal composite), it was concluded that the replacement would be feasible, which would lead to a increase of the mass equal 6.2% for the sisal fiber composite. Finally, it was evidenced that the used flame retardant mass fraction has a great potential for optimization and that the natural composites efficiency can be improved.

Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: Marcelo Sampaio Martins / Banca: José Célio Dias / Resumo : O uso do método dos elementos finitos é bem difundido por meio de softwares comerciais, porém o procedimento matemático muitas vezes passa despercebido pelos usuários. Os softwares utilizam o método principalmente em análises de estruturas sólidas, transferência de calor, fluidos e eletromagnetismo. Tais softwares são caros e muitas vezes não acessíveis a estudantes ou profissionais da área. Para usuários que precisam realizar uma análise de elementos estruturais como treliças e pórticos a aquisição deste tipo de software é inviável economicamente. Este trabalho desenvolveu uma rotina em Visual Basic for Aplication do Excel utilizando o referido método, capaz de realizar análises estruturais em treliças planas e espaciais, vigas planas e pórticos planos, tornando acessível a aqueles que querem analisar tais estruturas ou que querem conhecer melhor o método. O Microsot Excel está presente na maioria dos computadores com o sistema operacional Microsoft Windows o que o viabiliza sua portabilidade entre computadores sem grandes dificuldades. A validação dos resultados foi feita por comparação dos resultados obtidos no software ANSYS / Abstract: The use of the finite element method is well diffused through commercial software, but the mathematical procedure often goes unnoticed by users. The software uses the method in the analysis of solid structures, heat transfer fluids and electromagnetism. Such software is expensive frequently not accessible to students or professionals. For people who want to do an analysis of structural elements such as truss and frames to purchase this kind of software is uneconomical. This work developed a routine in Visual Basic for Aplication of Micrsoft Excel using the finite element method, able to do analysis in space trusses, plane beams and plane frames, turning accessible one who want analyze such structures or those who want to know well the method. The Microsoft Excel has features matrix operations and various mathematical operations and any other operation or manipulation of data required it has programming in Visual Basic for Aplication. Excel is being on most computers with Microsoft Windows operating system enables what its portability between computers without bigger difficulties. For this a review of the finite element method and Excel features have been realized. Validation of results was done by comparing results obtained in ANSYS software / Mestre