This study presents a new methodology developed for an analytical model of a composite fuselage. It presents also finite element analyses of the same composite fuselage and the results comparison of both studies. This comparison shows that the results of both studies present very good correlation for the least weight combinations of composite stacking sequence and prove the applicability of the analytical model methodology. Still using finite element analyses, the study also presents a weight comparison between a composite fuselage and an aluminum alloy fuselage. This comparison shows the weight reduction which the fuselage achieves through the use of composite materials.

Dispositivos para ensaio de painéis reforçados construídos em materiais compósitos de carbono-epóxi representativos de fuselagens de aviões comerciais são discutidos e analisados. Por meio de simulação numérica no software de elementos finitos ABAQUS versão 6.5-1, é investigado o comportamento dessa configuração estrutural carregada em cisalhamento e flexão no plano a cargas acima da crítica de flambagem e até o colapso estrutural. As simulações oferecem então subsídio para a definição e o dimensionamento de um dispositivo de ensaio.

Uma formulação da dinâmica da aeronave flexível é apresentada e usada na investigação das contribuições da flexibilidade e efeitos de aerodinâmica não-estacionária sobre as características da mecânica de voo. A metodologia é aplicada a um planador construído em material composto com asas enflechadas de alto alongamento. Para a representação dos fenômenos aerodinâmicos não-estacionários, uma teoria das faixas modificada aplicável a asas enflechadas é empregada. A formulação permite que a matriz de coeficientes de influência seja calculada no domínio da frequência. São consideradas, na obtenção das forças aerodinâmicas, tanto as contribuições dos graus de liberdade flexíveis quanto de corpo rígido, no regime linear e de pequenas perturbações. O modelo aerodinâmico, no domínio do tempo, é obtido após a aplicação da aproximação por funções racionais segundo o modelo de Roger. As informações relacionadas ao comportamento estrutural decorrem, inicialmente, de um modelo de elementos finitos de casca, empregado em uma análise modal para obtenção dos modos naturais de vibração. As formas deformada e indeformada das superfícies sustentadoras são aproximadas através de um procedimento de interpolação empregando splines de superfície. O eixo elástico é obtido, para diversas seções ao longo da envergadura, segundo uma metodologia baseada no método de mínimos quadrados. Processo semelhante é empregado para a caracterização das formas modais. O resultado é uma viga equivalente para a qual são dados um deslocamento vertical e um ângulo de torção ao longo da envergadura. Fica, assim, assegurada a correlação entre pontos de controle aerodinâmicos e estruturais. Através de formulação Lagrangeana, são obtidas as equações diferenciais do movimento, apoiadas sob as hipóteses de desacoplamento inercial e pequenas perturbações. Tais equações podem ser utilizadas para obtenção de condições de voo de equilíbrio, estudo da estabilidade e resposta em frequência ou mesmo integradas ao longo do tempo, como ilustrado através de uma série de exemplos aplicados à aeronave estudada. Especial atenção é dada à identificação de contribuições dos efeitos de flexibilidade e de aerodinâmica não-estacionária. Destacam-se as simulações de resposta a perturbações do tipo doublet aplicadas às superfícies de comando. O impacto da variação na quantidade de modos elásticos e termos de atraso aerodinâmico utilizados é também abordado.

O objetivo desse trabalho é desenvolver uma sistemática de otimização utilizando-se como base o software MSC.Nastran de forma a otimizar estruturas em material compósito tirando vantagem das tensões residuais térmicas em problemas de estabilidade elástica. As tensões residuais térmicas (TRT) introduzidas durante o processo de manufatura podem ser utilizadas para aumentar significantemente as cargas de flambagem de estruturas em material compósito, portanto, o procedimento de otimização, aqui proposto, melhora o projeto levando-se em consideração o estado térmico do componente. É necessária a análise de elementos finitos devido a complexidade da estrutura e também ao uso de métodos numéricos para análise térmica e de flambagem linear. O estudo de caso aqui aplicado consiste em otimizar o revestimento de um leme aeronáutico de fabricação tipo one-shot. O leme é modelado por elementos finitos de placa isoparamétricos, quadrilaterais e triangulares, baseados na formulação de Reissner-Mindlin. Um layout para o revestimento do leme é proposto. Problemas de minimização de massa e restrição de autovalores são utilizados sucessivamente de forma a proporcionar ganho significativo de desempenho, sendo que as variáveis de projeto são as espessuras dos laminados que variam de forma contínua. O procedimento é validado para diferentes temperaturas as quais o leme estará sujeito durante sua operação. Os resultados indicam que utilizando as TRTs através do método proposto influenciamos significantemente a otimização estrutural de uma estrutura em laminado composto. Portanto conclui-se que a avaliação e efeitos das tensões térmicas devem ser levados em consideração quando projetamos essa classe de estruturas em material compósito.

Esta dissertação apresenta o projeto preliminar e a análise estrutural por elementos finitos de uma roda em fibra de carbono com perfil aerodinâmico de uma aeronave da categoria jato regional, juntamente com seus componentes, como rolamentos e chavetas de transmissão de força de frenagem. Será descrito o perfil aerodinâmico das hélices, assim como a geometria da roda e os materiais selecionados. Considerações térmicas e aerodinâmicas a respeito da roda também serão levadas em conta, assim como um pré-dimensionamento do freio. Este projeto tem como diretrizes principais os requisitos FAR/JAR/RBHA 21 e 25. O carregamento aplicado nas análises leva em conta o peso da aeronave, cargas de frenagem e aspectos pontuais, assim como as cargas nas abas da roda. A análise por elementos finitos usa ferramentas computacionais para o projeto da roda, para a geração da sua malha (CATIA V5R16), para o processamento dos dados (NASTRAN e CATIA V5R16) e análise dos resultados (NASTRAN e CATIA V5R16), obtendo assim os valores preliminares das tensões, índices de falha e suas margens de segurança.

Esta dissertação apresenta os cálculos e as premissas utilizadas para o desenvolvimento de uma planilha de análise estrutural de seções de vigas aeronáuticas. Serão descritos as fórmulas e os métodos usados para a análise de um grupo de seções escolhidas devido a sua grande utilização no meio aeronáutico. A planilha de análise desenvolvida tem como objetivo a análise rápida de seções, agilizando a tomada de decisão no dimensionamento estrutural. A análise leva em conta a combinação de tensões normais, devido à tração, compressão e momentos fletores; e tensões de cisalhamento, devido às forças cortantes e torção. Para diminuir o tempo de análise existe um banco de dados de materiais com as principais propriedades necessárias para a análise. A análise da flexão plástica de seções também foi implementada, opção que torna possível a redução de peso estrutural na fase de desenvolvimento. Os dados de saída são as tensões atuantes em diversos pontos da seção e suas respectivas margens de segurança.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma rotina para a geração de um modelo simplificado para o caixão principal de uma asa dimensionado através de uma ferramenta de otimização para estabilidade. Este modelo simplificado deve representar dinamicamente o comportamento do caixão principal. A metodologia foi aplicada para um conceito de aeronave comercial de transporte. Modelos em elementos finitos foram construídos para a validação da metodologia proposta. A rotina implementada mostrou-se capaz de cumprir o objetivo proposto, gerando os resultados com a acuracidade esperada para fases de anteprojeto de aeronaves.

Quando o negócio da empresa gira em torno de um produto extremamente técnico, como no caso da aviação, inevitavelmente as diversas incertezas em cada fase também precisam ser avaliadas na profundidade exigida pelo produto. Inevitavelmente, ferramentas antes utilizadas no projeto detalhado passam por adequação para o uso antecipado nas fases de concepção do produto. Então, abordando parte do processo de concepção de uma aeronave, este trabalho traz um estudo de caso onde ferramentas de engenharia são aplicadas de forma extremamente prática, vislumbrando o entendimento das possíveis restrições técnicas para prever a viabilidade estrutural de um conceito proposto. O estudo apresenta um ciclo de projeto e análise estrutural de pilone em projeto conceitual de uma aeronave com conjunto propulsivo no cone de cauda. Ao início foi desenvolvida uma metodologia simplificada para obtenção dos carregamentos na região em estudo. Ao longo do trabalho foram realizadas análises pelo Método dos Elementos Finitos nos programas Catia V5 e Nastran for Windows. Por fim, diversas disposições estruturais de pilone em alumínio foram propostas e analisadas, concluindo em uma estrutura final eficiente que servirá para as próximas fases do projeto da aeronave.

O grande crescimento do uso de software em sistemas aeronáuticos fez surgir uma série de critérios a respeito da manutenção da segurança em aplicações aeronáuticas. O padrão RTCA/DO-178B é um dos mais aceitos no meio aeronáutico, justamente por consolidar vários critérios para certificar que um software aeronáutico é seguro. O objetivo desse trabalho é analisar um desses critérios, que exige o tratamento de Dead Codes em software aeronáutico. Além disso, para que essa análise reflita o ambiente de desenvolvimento de software contemporâneo, também será abordada a ocorrência de Dead Codes em software aeronáutico desenvolvido com o uso da metodologia Model Based Design, que tem sido cada vez mais utilizada.

Este trabalho apresenta a análise estrutural de sete problemas comumente utilizados para testar elementos de cascas sob forte não linearidade geométrica. A análise é feita com o elemento S4R do ABAQUS e traz, em detalhes, toda a estratégia de modelagem das estruturas (pré-processamento, processamento e pós-processamento). Observa-se um excelente desempenho do elemento, mas, ao mesmo tempo, detectam-se certas fragilidades relacionadas aos seus modos espúrios ("hourglass modes").