Esta tese trata da aplicação da filosofia de Análise de Tolerância ao Dano (DTA) às aeronaves F-5E da Força Aérea Brasileira (FAB) lotadas no 1 Grupo de Aviação de Caça (GAC) da Base Aérea de Santa Cruz (BASC), visando estender as suas vidas operacionais. Apresenta-se a metodologia utilizada para a determinação das tensões atuantes nos pontos críticos da aeronave F-5E, isto é, as tensões nos locais onde é mais provável haver a formação de trincas, as quais podem levar a uma falha catastrófica estrutural por um processo de fadiga. Esta metodologia consiste basicamente da coleta de dados em vôo, pré-análise e redução destes dados e determinação de um espectro de tensões representativo da utilização da frota. Todos os dados foram obtidos de uma campanha de ensaios realizada em 1992 e 1993, conduzida pelo Southwest Research Institute, de San Antonio, Texas, Estados Unidos da América. Após a determinação do espectro de tensões é mostrado um exemplo de análise de crescimento de trinca para um dos pontos críticos da aeronave. Com a capacidade de realizar este tipo de análise, garante-se a integridade estrutural e a vida da aeronave pode ser estendida. Este trabalho mostra que o mesmo tipo de análise feita para o F-5E pode ser realizada para outros tipos de aeronaves, civis ou militares. Isto é bastante proveitoso para qualquer operador cujas aeronaves estejam chegando ao limite de suas vidas operacionais.

Faz-se no presente trabalho um estudo de Mecânica da Fratura em discos, cilindros compactos e cascas cilíndricas. Em primeiro plano apresentam-se resultados quantitativos do modo I de carregamento da trinca com resultados que apresentam um procedimento prático e simples para se obter o fator intensidade de tensão, Ki, concentrando-se principalmente na obtenção do fator intensidade de tensão adimensional Y. É apresentada uma solução para discos com trinca radial na borda submetidos a carregamentos de tração discretos. São apresentadas soluções para cilindros compactos com as seguintes geometrias de trincas: i) trinca superficial submetida a tração e momento; ii) trinca exissimétrica externa submetida a tração; e iii) trinca circular interna sob tração e torção. São apresentadas, ainda, soluções para cascas cilíndricas, tanto com trincas passantes como com trincas não passantes, e, para ambos os casos, analisam-se os carregamentos de tração, momento, e pressão interna aplicados ao cilindro. E em segundo plano apresentam-se estudos qualitativos sobre modos mistos de carregamento da trinca com suas características e peculiaridades próprias, onde são analisados a velocidade e a direção de propagação da trinca, e os corpos-de-prova utilizados para pesquisa experimental de modos mistos.

Nas últimas décadas, seja por imposições legais ou pela demanda de mercado, esforços têm sido feitos no intuito de reduzir o ruído produzido por aeronaves. Para reduzir o nível de uma fonte de ruído é preciso localizá-la, quantificá-la e entendê-la. O Delay-and-Sum Beamforming é uma das técnicas mais usadas para localizar fontes acústicas. Técnicas de deconvolução podem melhorar a resolução dos mapas de Beamforming e, segundo alguns autores, fornecem resultados quantitativos mais precisos. Nesta tese, duas das principais fontes aeroacústicas de aeronaves são estudadas. A técnica de Beamforming é usada para estudar o ruído gerado pelo slat de um perfil 30P30N e pela borda lateral do flap de um perfil 30P30N-FSE, um perfil 30P30N com meio flap recolhido. Ambos os perfis foram testados em um túnel de vento de seção fechada. Estes resultados são comparados aos resultados de alguns métodos de deconvolução, com o uso do Método Padrão de Integração da Potência, e aos resultados de alguns métodos semi-empíricos. Mostra-se que a técnica de Beamforming foi capaz de localizar as duas fontes de ruído e que os níveis obtidos foram semelhantes a alguns dos métodos de deconvolução e a alguns dos métodos semi-empíricos.

As limitações do método dos elementos finitos clássico, baseado em elementos de deslocamento, principalmente em situações onde a precisão na aproximação das tensões são fundamentais, geram pesquisas em modelos alternativos. O elemento finito híbrido de Trefftz vem sendo aplicado com resultados satisfatórios na análise de estruturas de material isotrópico de comportamento linear e não-linear. Neste elemento o campo de tensões no domínio e o deslocamento no contorno são aproximados diretamente e de maneira independente um do outro, além disso, as aproximações para o campo de tensões devem satisfazer à condição de equilíbrio local e serem obtidas da solução da equação diferencial de Navier, onde utiliza-se a solução por Papkovitch-Neuber que foi formulada para materiais isotrópicos. Utilizando-se as mesmas bases polinomiais deste elemento, foi desenvolvido um elemento quase-Trefftz para análise de materiais ortotrópicos. Neste trabalho seu comportamento é avaliado para análise de estruturas com concentração de tensão, placas sujeitas a flexão e com acoplamento tração-flexão. As tensões e os deslocamentos em diversos testes são comparados aos resultados obtidos com o Nastran.

A soldagem por FSW (Friction Stir Welding) tem como principal característica o fato do material não fundir durante o processo. Isso ocorre porque as temperaturas atingidas durante a soldagem são inferiores à temperatura de fusão do material, sendo essa uma das vantagens desse processo em relação aos processos convencionais. Entretanto, o calor local gerado é suficiente para o aparecimento de tensões residuais no material. As tensões residuais de soldagem modificam as propriedades mecânicas do material, podendo causar falhas prematuras em estruturas. A medição de tensões residuais é um processo relativamente caro e demorado. Assim, torna-se interessante estimar o comportamento das tensões residuais através de outro parâmetro, como a dureza, que um processo mais barato de rápida medição. Dessa forma, esse trabalho consiste na análise das tensões residuais e comparação com a dureza do Al 2024 T3, soldado por FSW.

O perfeito entendimento do comportamento pós-crítico de placas sob cisalhamento é de interesse prático em diversos ramos da engenharia. A solução analítica das equações diferenciais que descrevem o problema é de difícil tratamento devido à presença de não linearidade geométrica. Tenta-se contornar as dificuldades por meio de procedimentos simplificados como o oferecido pela teoria do campo de tração diagonal, amplamente difundida no meio aeronáutico. Resultados dessa teoria são aqui comparados com a solução rigorosa da teoria de placas de Kirchhoff, sob as relações deformação-deslocamento de von Kármán, e com a solução numérica do modelo não-linear de elementos finitos.

Submitted by Haroudo Xavier Filho (haroudo.xavierfo@ufpe.br) on 2016-02-25T16:57:49Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Adson Silva_Impressão Final final.pdf: 6310961 bytes, checksum: 23a11f44ebd1ef6fa4f71b3bbd70d9a3 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-25T16:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Dissertação Adson Silva_Impressão Final final.pdf: 6310961 bytes, checksum: 23a11f44ebd1ef6fa4f71b3bbd70d9a3 (MD5) Previous issue date: 2015-07-01 / Capes / Este trabalho teve como objetivo projetar um vaso de pressão segundo a norma ASME, efetuar uma análise deste usando o método analítico e o Método dos Elementos Finitos e comparar os resultados obtidos pelos dois métodos. Dois vasos de pressão foram dimensionados seguindo especificações oriundas de um sistema virtual, determinado apenas para este estudo e aplicando essas especificações à ASME seção VIII Divisão I e II. Com base nessas determinações, os vasos foram modelados em 3D utilizando o software SOLIDWORKS®. Foram determinadas as tensões de membrana para cada vaso, via método analítico e com os modelos tridimensionais foram feitas as simulações utilizando o software ANSYS® para obtenção da distribuição das tensões. Com base nas teorias de membrana e nos resultados das simulações, pôde-se entender o comportamento das tensões atuantes no vaso devido ao carregamento e identificar as regiões com maiores concentração de tensões. Conseguiu-se estabelecer um paralelo entre os requisitos exigidos pela norma e o impacto destes no projeto de um vaso de pressão. Pôde-se concluir que os vasos determinados por norma apresentam maior robustez e que, quando analisados através do Método dos Elementos Finitos em um modelo 3D, apresentam a possibilidade de uma redução em suas espessuras. / This study aimed to design a pressure vessel according to ASME standard, make an analysis using analytical method and compare the results with those obtanied by using the Finite Element Method. Two pressure vessels were determined by following specifications derived from a system that works with the pressure vessel and applying ASME Section VIII Division I and II w. Based on these determinations these vessels were modeled in 3D using the software SOLIDWORKS®. Membrane tensions were determined for each vessel by using an analytical method, and for the models, simulations were performed with the software ANSYS® in order to determine the stress distribution. Based on the analytical method and the results of numerical simulations, it was possible to understand the behavior of the stresses acting on the vessel due to loading. We could draw a parallel between the requirements of the standard and the impact of these in a pressure vessel project. It could be concluded that vessels determined by standards are stronger and when analyzed using the Finite Element Method by using a 3D model, present the possibility of a reduction in their thicknesses.

O objetivo do estudo foi analisar tridimensionalmente, por meio do Método de Elementos Finitos (MEF), o comportamento biomecânico de um incisivo central superior hígido sob condição de oclusão fisiológica e posteriormente comparar com diferentes simulações de situações clínicas de dentes tratados endodonticamente e restaurados com coroas totais cerâmicas, variando a quantidade de remanescente dental e o tipo de retentor intra-radicular (núcleo metálico fundido- NMF, fibras de vidro- RFV e zircônio- RZ). Foram construídos modelos tridimensionais do incisivo central superior sem e com 2 mm de remanescente dentinário na porção coronária. Uma carga de 10 N foi aplicada de forma normal no terço incisal, nas cristas marginais mesial e distal, da superfície palatal. A análise dos dados foi realizada pelo programa computacional NeiNastran® - Noran Engineering, Inc. Os resultados de deslocamento e tensão máxima principal foram obtidos mostrando que houve diferenças significativas na distribuição de tensão entre o dente hígido e o com retentor intra-radicular. O grupo com NMF apresentou o comportamento mais similar ao dente hígido (controle), seguidos do retentor de fibra de vidro com remanescente e sem remanescente dental. Os grupos que apresentaram maior diferença em relação ao controle foram os retentores de zircônia sem e com remanescente de dentina. Considerando- se a presença de remanescente dentinário na porção coronária (2mm) para os grupos restaurados com retentores pré- fabricados, os RFV apresentaram uma redução do estresse na interface dente/restauração em comparação com RZ. Pode-se concluir que a utilização de núcleos metálicos fundidos apresentou comportamento biomecânico mais similar ao dente hígido. / The purpose of this study was to evaluated by three-dimensional finite element analysis the biomechanical behavior of a healthy maxillary central incisor under physiological load comparing with different clinical conditions of endodontically treated teeth restored with all-ceramic crowns, with various remaining tooth structure and post-and-core systems (cast metal post- MP, glass fiber post- GFP and zirconium post- ZP). Three-dimensional models were performed with and without 2 mm of dental remaining in coronary portion. A load of 10 N was applied in normal way at the incisal third of the palatine surface in the mesial and distal marginalis ridges. Data analysis was performed by the computer program NeiNastran ® - Noran Engineering, Inc. The results of maximal stress and displacement demonstrated significant differences in the tensile distribution in healthy (control) and restored tooth. The MP showed similar performance in comparison with healthy tooth, followed by GFP with and without remaining tooth structure. The teeth restored with ZP showed higher difference than control group. This study demonstrated that presence of the coronary remaining dentin (2mm) decreases the stress concentration at the interface crown/restoration using GFP in comparison with ZP. Conclusion that cast metal post can reduce the stress level in maxillary central incisor and showed biomechanical behavior similar than healthy teeth.

Este trabalho apresenta dois métodos para a determinação da resistência residual e da tensão de ligamento em elementos estruturais que possuem trincas em mútiplas regiões. Este assunto, que ganhou notoriedade após o acidente com o Boeing 737 da Aloha Airlines (em 1988), é comumente referenciado pela abreviatura MSD (Multiple Site Damage) e, atualmente, é objeto de numerosas pesquisas financiadas pela indústria aeronáutica e por autoridades de aeronavegabilidade.O primeiro método é conhecido por método do ligamento da seção remanescente. A sua hipótese básica admite que a união entre duas trincas vizinhas ocorre quando as suas zonas plásticas se tocam. O método é bastante intuitivo e ganhou popularidade devido à sua simplicidade e razoável precisão, adequadas a fases preliminares de projeto. O segundo método é especialmente indicado para estruturas de materiais dúcteis, que apresentam significativa plastificação anterior à falha. Um exemplo típico dessas estruturas são os revestimentos das fuselagens de aviões, usualmente feitos de ligas dúcteis de alumínio. Este método é baseado no conceito do CTOA (crack tip opening angle), que foi introduzido em 1963, e tem recebido atenção, no estudo de MSD, desde o começo da década de 90. Recentemente, foi a abordagem escolhida pela NASA para avaliar, do ponto de vista da mecânica da fratura, um módulo da Estação Espacial Internacional. Os dois métodos são aplicados na investigação de MSD em diferentes corpos de prova padronizados, bem como em estruturas aeronáuticas mais representativas, tais como painéis reforçados. Os resultados obtidos por ambos os métodos são comparados com dados experimentais encontrados na literatura. As comparações mostram que o método do ligamento pode ser excessivamente conservativo em diversas situações, enquanto que o método do CTOA conduz a resultados que possuem excelente correlação com os dados experimentais para todos os exemplos estudados.

Este trabalho apresenta uma revisão sobre vários modelos de propagação de trincas com seqüenciamento de carga, tendo como foco principal aqueles que se encontram implementados em dois pacotes de software, o Crack 2000 e o Nasgro 4.0, sendo este último de larga utilização na indústria aeronáutica para a análise de propagação de trincas. Os modelos em questão são: Wheeler, Modified Willenborg, Generalized Modified Willenborg, Constant Closure e o Strip Yield. São estudados resultados publicados na literatura e também resultados obtidos em ensaios de laboratório realizados neste trabalho. Os resultados de ensaio encontrados na literatura são baseados em vários espectros, que têm o objetivo de ressaltar os efeitos do seqüenciamento de carregamento. Nos ensaios realizados neste trabalho, o objetivo é investigar os efeitos de um espectro real de operação de uma aeronave comercial em componentes estruturais feitos de uma liga de alumínio aeronáutico. Este espectro é baseado na metodologia MiniTWIST, que é uma distribuição de carregamentos baseada nas tensões de raiz de asa encontradas no histórico de serviço de várias aeronaves comerciais. No final deste trabalho é apresentada uma avaliação dos modelos de retardo aplicados e também uma proposta de calibração dos parâmetros principais destes modelos para a utilização em componentes estruturais aeronáuticos sujeitos a espectros de carregamento variáveis encontrados em aeronaves comerciais.