O presente trabalho tem a finalidade de discutir o comportamento do geotêxtil impregnado com asfalto utilizado na restauração de pavimentos flexíveis. O trincamento do pavimento acelera a queda do nível de serventia, prejudicando a qualidade funcional do pavimento para o usuário. Para se fazer uma boa restauração, que tenha uma vida de fadiga igual ou superior ao período de projeto, devemos identificar as causas do surgimento das trincas na superfície do pavimento. O trincamento pode ser controlado ou retardado através do aumento da camada de recapeamento ou com a utilização de camadas anti-reflexão de trincas entre a camada antiga e a nova.Como em qualquer sistema utilizando geossintéticos há uma grande variedade de fatores que influenciam no desempenho do pavimento restaurado. No caso da pavimentação utilizando geotêxtil, esses fatores incluem: o tipo de geotêxtil utilizado, o processo de instalação, o tipo de ligante utilizado, a taxa aplicada e uniformidade, a condição de superfície e preparação, as propriedades do revestimento e as condições climáticas ou geográficas. Foi realizado um conjunto de ensaios com diversos tipos de geotêxteis, analisando o efeito da temperatura, ensaios de tração de faixa larga sem impregnação e com impregnação e ensaios de permeabilidade com diversas taxas de ligante. Estes ensaios objetivaram concluir que cuidados na instalação e na escolha do material podem trazer benefícios futuros no que tange ao desempenho de pavimentos flexíveis restaurados com camadas de geossintéticos. Através dos estudos realizados, chegou-se a conclusão que a maioria dos insucessos foi causada por problemas na instalação, sendo a impregnação insuficiente, em função da quantidade de ligante aplicada, da espessura do geotêxtil e da má impregnação de juntas e de dobras, a principal causa dos defeitos observados.

Este trabalho objetiva a modelagem tipo concentrada para uma estrutura com um elo flexível, bem como o controle desta estrutura. Esta modelagem exibe um significado físico mais claro e é relevante por dois motivos principais: simplicidade e eficiência. Uma estratégia de controle tipo LQG é implementada, sendo apresentados resultados de simulação e experimentais, empregando o robô flexível ITA-IEMP do Departamento de Engenharia Mecânica-Aeronáutica, havendo boa concordância entre eles. Posteriormente é estudado o rastreamento de trajetórias e identificação adaptativa das não-linearidades de robôs com um elo flexível. O desenvolvimento de leis de controle ativas para robôs flexíveis constitui um problema em aberto: a principal dificuldade reside nas severas não-linearidades presentes nos atuadores robóticos e nas próprias estruturas flexíveis. é proposto neste trabalho um controlador neural para o rastreamento de sinal de um robô com um elo flexível. Por meio de uma análise do tipo Lyapunov-Like, as condições suficientes para a estabilidade do sistema de controle são determinadas. Adicionalmente, são estabelecidos limitantes para os erros de rastreamento e de identificação. O desempenho da estratégia de controle é avaliado e comparado com uma estratégia LQG via simulações, as quais foram efetuadas com o modelo não-linear obtido utilizando-se a abordagem de modelagem tipo discreta. Termos adicionais de atritos não-lineares foram incluídos na dinâmica de simulação para ilustrar a habilidade do controlador neural em compensar dinâmicas não-lineares não modeladas. Conclui-se que o desempenho da estratégia proposta é bem superior ao exibido pelo controlador LQG.

Na presente pesquisa foram avaliados alguns modelos de previsão de desempenho mecanístico-empíricos através da comparação dos resultados de suas previsões com o desempenho real, registrado na base de dados dos experimentos FHWA-LTPP-DataPave 2.0, para seções de pavimentos asfálticos flexíveis. Concluiu-se pela necessidade de alterar a forma funcional dos modelos presentes no Pavesys 9.0 que prevê a perda da funcionalidade do pavimento com o tempo, em função da forma exponencial de crescimento da irregularidade longitudinal ditada pelos dados do DataPave 2.0. Realizadas as alterações sugeridas, o programa foi novamente analisado e observou-se que a tendência das curvas prevista e experimental apresentou-se concordante, mas a velocidade da perda do índice de serventia demonstrou-se amena. Concluiu-se pela necessidade de expressar a capacidade estrutural do pavimento aplicando relações típicas módulo de resiliência-CBR in situ aos módulos de elasticidade determinados por meio de avaliação estrutural do pavimento com o FWD. Na análise de diversos modelos para previsão do trincamento por fadiga da camada asfáltica, o número de concordâncias não foi suficiente para classificá-los por ordem de confiabilidade. O modelo do Pavesys 9.0 mostrou-se em geral adequado e não apresentou situações onde a vida de fadiga prevista fosse irrealisticamente elevada, tal como observado nos modelos The Asphalt Institute MS-1 (1981), FHWA-IL-UI-207 (1984), SHWA de Tayebali et al. (1993) e Rodrigues (2003), que também foram avaliados.

O desenvolvimento da formulação co-rotacional dita independente do elemento tem possibilitado analisar estruturas sujeitas a grandes rotações e pequenas deformações de uma maneira simples, econômica e eficiente em relação às formulações lagrangianas. Neste trabalho emprega-se uma formulação co-rotacional, nos moldes do que é proposto por Nour-Omid e Rankin (1991), no desenvolvimento de um modelo de elementos finitos para pórticos espaciais sob pequenas deformações mas grandes rotações, baseado na teoria de vigas de Euler-Bernoulli com torção uniforme. A capacidade do modelo implementado em lidar com grandes rotações, mesmo recorrendo localmente a um elemento finito linear convencional, é ilustrada em vários exemplos.

The failure of an aircraft engine fan blade produces an unbalanced rotor condition. Even after the engine is shutdown, the aerodynamic forces may keep the rotors running during the remainder of the flight. This condition can induce significant vibratory loads throughout the airframe that may damage the airframe structure and critical equipments and also affect the crew's ability to sustain a safe flight. This work intends to present a numerical methodology to assess dynamic vibratory loads in a commercial aircraft under windmilling sustained engine imbalance condition, necessary to demonstrate compliance with the current aeronautical design rules. The problem is treated as linear and is formulated in frequency domain. Direct and modal formulations are described. Particular study is made to build up ways to incorporate damping in the system considering different formulations. Some physical effects present in this problem, such as gyroscopic and aerodynamic loads, are also investigated. In order to assess the dynamic loads, an integrated finite element model of aircraft and engine is necessary. Since the aircraft and engine models are usually developed by different groups, which need to exchange them, condensation techniques are extensively used, and some of these techniques are detailed herein. Methods used to improve the accuracy of results obtained in modal formulation are also discussed. Finally, the proposed methods are applied to a mid size commercial jet and the outcomes are analyzed.

Neste trabalho, um modelo baseado em uma generalização de um modelo simplificado é proposto para a análise numérica de shimmy em trens-de-pouso principais de aeronaves. A haste principal é modelada utilizando elementos finitos sólidos. Ela é aproximada por uma viga admitindo que as seções transversais são rígidas. Graus de liberdade de rotação são introduzidos utilizando equações de restrição e o número de graus de liberdade é reduzido utilizando uma condensação de Guyan. O modelo reduzido é validado através da comparação das freqüências naturais e as formas modais com o modelo completo. A acurácia do modelo reduzido pode ser controlada pelo número de graus de liberdade mantidos. O side-stay é modelado como uma barra conectada a um ponto arbitrário da haste principal. Equações de restrição são acrescentadas para calcular os deslocamentos na junta em função dos graus de liberdade mantidos. O comportamento do pneu é representado por um modelo straight tangent. As equações de movimento do modelo são obtidas usando uma abordagem Lagrangeana. Métodos numéricos são utilizados para estudar a estabilidade do sistema. O modelo proposto foi usado para verificar a influência da distância do trail, do pneu e dos parâmetros estruturais no comportamento dinâmico do trem-de-pouso. O modelo proposto mostrou-se versátil, fornecendo bons resultados mesmo com um número reduzido de graus de liberdade.

Neste estudo são apresentados modelos em elementos finitos (EF), para a predição do comportamento de painéis sanduíche, simplesmente apoiados e fixados por pinos em duas bordas opostas ou nas suas quatro bordas. Os painéis são submetidos a cargas distribuidas transversais e estão sujeitos a grandes deformações. Duas técnicas de modelagem foram abordadas, utilizando-se o pacote comercial de EF Nastran: a) utilizando elementos sólidos equivalentes para o núcleo e elementos de placa para as faces e b) utilizando elementos de placa com três camadas de laminados equivalentes. São também apresentados os procedimentos experimentais utilizados para a obtenção das propriedades mecânicas necessárias para a modelagem das faces e nucleo e para a obtenção da rigidez nos pontos de fixação laterais. Os resultados obtidos com os modelos numéricos foram comparados com resultados experimentais com o objetivo de validar a técnica de modelagem desenvolvida e permitir o uso subsequente do modelo simplificado bi dimensional na previsão das tensões globais e das cargas de cisalhamento nos pontos de fixação dos painéis. Os resultados obtidos demonstraram que a metodologia utilizada apresenta uma ótima relação entre precisão nos resultados e eficiência computacional associada à versatilidade da análise por elementos finitos, essenciais para aplicações do dia a dia da indústria.

Typically, aircraft wing structural panels are designed against buckling for a very large number of possible loading that may occur during the operation of the aircraft. If the optimization procedure accounts only for a limited number of design loads, the structure may be vulnerable to a specific type of loading that may cause the structure to fail. A novel approach for the optimization of plates with arbitrary shapes under uncertain loads is proposed. The geometry of the plates is defined by a single closed spline or several connected splines. The loading distribution is not considered to be uniform but it is allowed to vary within an admissible set, conferring uncertainty to the applied loads. The admissible load space comprises normal and shear loadings that can be represented through a collection of piecewise linear functions defined along the plate boundary. Therefore, the load distribution on the entire boundary of the plate is characterized by a vector of x and y components at the spline knots. A special procedure is applied to handle the constraint that the loading must be self-equilibrating. A minimax strategy is used to deal with the loading variability such that the resulting optimal design is able to withstand an entire class of linear piecewise loadings along the plate boundary. The refinement of the loading representation may be completely independent of the refinement of finite element mesh. Nevertheless, some degree of relationship is desired to simplify the numerical procedures. The validity of the proposed approach is assessed by applying it to simple cases.

Esta dissertação de mestrado apresenta a avaliação do comportamento de um modelo de elementos finitos híbrido tridimensional quando aplicado ao problema de flexão de placas laminadas. Flexão de placas compõe a análise de estruturas utilizadas em diversos campos da engenharia. Materiais laminados vem sendo cada vez mais empregados em equipamentos esportivos, construção civil, automóveis e aeronaves. A complexidade da distribuição de tensões pela espessura da placa laminada exigiu a aplicação de novos métodos numéricos para sua determinação, entre eles, o método de elementos finitos com formulação híbrida tridimensional. A formulação de elementos finitos utilizada é híbrida de tensões: os campos de tensões e deslocamentos são aproximados de forma direta e independente no interior do elemento e em seu contorno, respectivamente. As funções de aproximação de tensões escolhidas atendem à restrição de Trefftz para materiais isotrópicos e o sistema de equações é obtido através das condições de equilíbrio, para o contorno do elemento, e de compatibilidade, em seu domínio, impostas de forma ponderada. Elementos hexaédricos de oito nós com mapeamento de elemento mestre foram empregados nas análises. Dois tipos de refinamentos são permitidos pela formulação: uma maior discretizacão da malha de elementos e um aumento dos graus dos polinômios utilizados como função de aproximação. As placas analisadas são quadradas, modeladas com três dimensões, de bordos idealizados como simplesmente apoiados e carregamentos distribuídos senoidalmente. Os lados das placas assumem as dimensões iguais a 10, 20, 50 e 100 vezes maiores do que a espessura e o material alterna entre isotrópico, ortotrópico e compósito laminado. Nas análises são avaliadas a convergência do deslocamento vertical máximo, as distribuições das tensões pela superfície das placas homogêneas e distribuições das tensões pela espessura de placas compósitas laminadas. Os resultados obtidos são comparados com as soluções analíticas dadas pela utilização da teoria de placas de segunda ordem e por uma solução tridimensional exata.

No campo da dinâmica de estruturas, muitas aplicações têm surgido para modelos de Elementos Finitos. Um modelo representativo do sistema real pode levar a um aumento da eficiência da estrutura e a uma redução das margens de segurança de projeto relacionadas a carregamentos externos. Conseqüentemente, a precisão e confiabilidade destes modelos tornam-se cada vez mais importantes e influenciam diretamente na qualidade da estrutura. O objetivo deste trabalho é apresentar os principais métodos de ajuste de modelos de Elementos Finitos (Finite Element Model Updating) baseados em informações modais, e propor uma nova abordagem para o problema de ajuste através de programação não-linear multi-objetivo. São abordadas desde as análises modais e as formas de avaliar a correlação entre modelos numéricos e experimentais até a aplicação das metodologias de ajuste para tornar o modelo fiel às informações de referência. Também é apresentada uma revisão bibliográfica sobre ajuste de modelos, tratando desde os primeiros métodos de ajuste até os mais usados na atualidade. São apresentados ainda os aspectos fundamentais dos métodos de programação não-linear que, através de formulações multi-objetivo, podem se consolidar como ferramentas bastante eficazes nesta área. Três exemplos numéricos são utilizados para demonstração das metodologias e para avaliar comparativamente o desempenho de alguns métodos de ajuste. Inicialmente foi estudado um exemplo de uma viga simples para aplicação dos principais conceitos. Em seguida, uma estrutura representativa de um avião (GARTEUR SM-AG 19) e um modelo do caixão de uma asa foram escolhidos para os outros dois estudos de caso, devido à grande aplicação que as técnicas de ajuste de modelos encontram na indústria aeroespacial. Os resultados obtidos comprovam o grande potencial das técnicas de ajuste de modelos, propostas neste trabalho, para o desenvolvimento de sistemas estruturais.