Com a crescente preocupação de exaustão de gases dentro de túneis após o acidente com o túnel Mont Blanc na Itália e França com 41 mortos e mais de 100 ventiladores em operação, houve a necessidade de adaptação dos modelos existentes de ventiladores a condições de alta temperatura. No entanto, as soluções existentes possuem desvantagens aerodinâmicas ou não resistem a temperaturas elevadas. O presente trabalho fornece uma alternativa aos ventiladores existentes no mercado através de uma nova tecnologia de fabricação de pás para ventiladores a nível comercial. Tal tecnologia envolve o emprego do aço inoxidável AISI 409 em virtude de sua boa performance a temperaturas da ordem de 400C, ou seja, às temperaturas da extração de gases em um incêndio em túnel. Além disso, possui ótima resistência à corrosão e boa soldabilidade e estampabilidade devido a seus elementos de liga. A inovação é centrada no processo de estampagem de cascas metálicas e posterior soldagem mantendo as superfícies aerodinâmicas ideais tendo em vista a boa performance do ventilador. Dentro desse propósito, é apresentada uma inovação tecnológica a qual emprega matrizes e punções desenvolvidos a partir de materiais compostos, que apresentam elevada rigidez e alta resistência à compressão. É mostrado experimentalmente, através da impressão de círculos no plano da chapa, que durante o processo de estampagem, as regiões mais deformadas no plano do painel da pá (extradorso) não atingem as deformações limites do material da chapa utilizado. Por outro lado, o método de elementos finitos, através do software elasto-plástico COSMOS, permitiu a verificação da espessura e da estabilidade estrutural da pá em função dos esforços aerodinâmicos estabelecidos no projeto. Adicionalmente, é desaconselhada a fabricação de pás com variações de espessuras localizadas, ou seja, não uniformes, devido não somente em razão da concentração de tensões, mas também com relação à dificuldade de conformação. Desse modo, é recomendado a confecção de pás com variação de espessura uniformes.

Uma formulação de cascas finas junto com a teoria clássica de materiais compósitos, é apresentada. A aplicação é feita para flambagem de cascas cilíndricas laminadas sujeitas a cargas axiais. O problema de autovalor foi formulado e os casos críticos para vários valores de semi-ondas na direção axial e semi-ondas na direção circunferencial são apresentados. Os resultados obtidos são comparados com soluções analíticas, com outros resultados numéricos e com o programa Nastran aplicado para elementos de flexão incompletos que não satisfazem a continuidade C1.

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").

A análise de flambagem de cascas de dupla curvatura foi apresentada. A análise de cascas utiliza o princípio variacional de Reissner de duas variáveis de campo com o deslocamento transversal e a função tensão de Airy como as variáveis de campo. Variacionando o funcional do problema, as equações de Euler-Lagrange em função do deslocamento transversal e a função-tensão de Airy foram obtidas. Uma formulação de um elemento fino que mantém a continuidade C(1) em termos dessas duas variáveis de campo foi obtida de modo que os resultados numéricos de cargas críticas fossem calculados e comparados com resultados analíticos e numéricos anteriores.

Neste trabalho o Princípio dos Trabalhos Virtuais, em sua forma estendida, é particularizado para cascas cônicas finas. A formulação fraca assim obtida é utilizada para a análise de estabilidade dinâmica de painéis cônicos sob a ação de cargas seguidoras, no presente caso, tantenges à geratriz. O efeito das tensões iniciais é incluído nas equações dinâmicas por meio dos termos chamados forças reduzidas. O movimento vibratório é suposto harmônico e é considerado um estado inicial de tensões de membrana. O painel cilíndrico, a placa retangular e o setor circular são obtidos, a partir do painel cônico, através de um processo numérico de passagem ao limite. Para comparação dos resultados relativos ao painel cônico foi desenvolvido um Elemento Finito Misto baseado no Princípio Variacional da Hellinger-Reissner. No que foi possível, os resultados foram comparados com outros existentes na literatura e se mostram em boa concordância com os mesmos.

Uma ferramenta de síntese estrutural de placas e cascas de material composto equipadas com lâminas de material piezelétrico para modificação estática de forma, foi desenvolvida. O objetivo é levar os laminados a uma forma desejada, por meio de deformações elásticas induzidas por atuadores piezelétricos, sendo otimizadas a quantidade do material piezelétrico e as voltagens aplicadas. A formulação da otimização estrutural e a sua solução no contexto do método dos conceitos aproximados são apresentadas, utilizando para a análise estrutural um elemento finito plano de casca com capacidade piezelétrica, desenvolvido a partir da junção do elemento de placa DKQ (discrete Kirchhoff quadrilateral) e de um elemento de membrana quadrilátero. São apresentados resultados de análise estrutural e de otimização do material piezelétrico e voltagens aplicadas, obtidos para estruturas existentes na literatura. A potencialidade da ferramenta de síntese é comprovada em complexas aplicações a placas e cascas anisotrópicas, que são forçadas a assumir configurações deformadas típicas de estruturas isotrópicas.

Neste trabalho é desenvolvida uma formulação variacional dual para análise não-convexa. Os resultados foram motivados pela formulação variacional de problemas não-lineares que ocorrem em mecânica de estruturas. A formulação variacional dual é desenvolvida para uma teoria não-linear de placas e cascas, entretanto, os aspectos teóricos desenvolvidos podem ser aplicados em muitas outras situações.

Este trabalho apresenta uma formulação variacional para cascas finas com dupla curvatura rasa, tendo como variáveis de campo o deslocamento transversal e a função de tensão de Airy. São obtidas as condições de contorno do problema, e as equações de Euler-Lagrange. É apresentada a formulação de um elemento finito baseada no princípio variacional e, como verificação e aplicação, diversos ensaios numéricos são realizados e discutidos, e comparados com resultados teóricos, numéricos e experimentais anteriores.

Uma formulação variacional de cascas finas achatadas de dupla curvatura foi apresentada. A análise de cascas utiliza o princípio variacional de Reissner de duas variáveis de campo com o deslocamento transversal w e a função tensão de Airy F como variáveis de campo. As equações de Euler-Langrange e as condições de contorno são obtidas. Um elemento finito baseado neste princípio variacional preservando a continuidade C(1) foi formulado. Aplicações em vibrações livre e análises de flambagem são obtidos. Diversos cálculos numéricos são apresentados. Os resultados obtidos são discutidos e comparados com soluções analíticas e resultados numéricos.

Este trabalho apresenta o elemento finito SNDTH1, plano, triangular (3 nós e 6 graus de liberdade por nós), baseado em um modelo híbrido de tensões, e destinado à análise de placas e cascas sanduíche com recheio ortotrópico e faces constituídas de laminados anisotrópicos. Vários casos, de estruturas sujeitas à flexão ou a carregamento no plano, são analisados, com o objetivo de comparar os deslocamentos e esforços obtidos pelo uso do elemento SNDTH1 com soluções exatas e com elementos similares encontrados na literatura afim.