O estudo de aeronaves flexíveis na indústria aeronáutica é cada dia maior devido à utilização crescente de materiais compósitos. Quando a separação entre os modos rígidos e flexíveis é suficientemente grande, filtros estruturais são utilizados. Porém, nos projetos mais modernos este não é mais o caso. Para isso, para o projeto de sistemas de controle de vôo modernos são utilizadas técnicas de controle robusto. Neste trabalho é apresentado e descrito o modelo longitudinal de uma aeronave flexível, o B1-Lancer, integrando seus modos estruturais à dinâmica de corpo rígido da aeronave para projeto de sistemas de aumento de controle e de estabilidade, através de técnicas de controle robusto Hinf estáticas e dinâmicas, demonstradas através de algoritmos distintos (hifoo, hinfsyn, mixsyn, ncfsyn, loopsyn), avaliando ao longo dos projetos as vantagens e desvantagens das técnicas utilizadas.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4073.pdf: 15159322 bytes, checksum: 4e7a3cf836630abccb6456858f5086b7 (MD5) Previous issue date: 2011-06-22 / Financiadora de Estudos e Projetos / Multimaterial structures are currently a technologically attractive field of research. The growing use of polymer composites replacing metals in structures aiming for weight and emission reduction is part of the motivation of this study. The currently used techniques adhesive bonding and mechanical fastening are limited in certain aspects, opening a path for innovation in this area. Joining of polymers and metals via Injection Clinching Joining (ICJ) is an innovative technique based in injection molding, adhesive bonding and staking. This work studies this technology in its theoretical aspects and applies it to a preliminary study with commercial materials: 30% short glass fiber reinforced polyamide 6,6 (PA66/FG30%); and aluminum alloy AA2024-T351. A design of experiment of one factor at a time analyzed effects of the process parameters on macro- and microstructure, local and global mechanical properties, and thermal properties. It was possible to create joints in which the polymer completely filled cavities in the metallic hole, but the reproducibility was not good, for most joints had only partial filling of the cavities, factor which improves the mechanical performance of the joint. The lap shear testing of overlapped joints determined the global mechanical strength of the joint, which ranged from 20,90 MPa to 51,48 MPa (35,9% to 88,5% of the ultimate tensile strength of PA66/FG30%), and the best performances are attributed to a large contact volume of polymeric material with the chamfer on top of the stud, and effective cavity filling. Two types of fracture were observed, a ductile and gradual (rivet pull-out), and a fragile and catastrophic (net-tension). The thermal properties of the polymer after joining were not significantly changed compared to the base material. This scientific and technological research featured ICJ as a viable process for joining of multimaterial structures, achieving good mechanical performance without significantly changing the properties of the base materials. / Estruturas multimateriais são hoje um campo de estudo atrativo tecnologicamente. O crescente uso de compósitos poliméricos substituindo metais em estruturas para redução de peso e de emissão de gases faz parte da motivação deste trabalho. As técnicas usadas atualmente ligação adesiva e junção mecânica são limitadas em certos aspectos, abrindo caminho para inovação nesta área. A união entre polímeros e metais por rebitagem por injeção (adaptação de Injection Clinching Joining ICJ) é uma técnica inovadora baseada em moldagem por injeção, ligação adesiva e rebitagem. Este trabalho estuda esta técnica em seus aspectos teóricos e a aplica em um estudo preliminar com materiais comerciais: poliamida 6,6 reforçada com 30% de fibras curtas de vidro (PA66/FV30%); e liga de alumínio AA2024-T351. Um projeto de experimento de um fator por vez analisou efeitos dos parâmetros de processo sobre a macro- e microestrutura, propriedades mecânicas localizadas e globais, e propriedades térmicas. Foi possível criar juntas nas quais o polímero preencheu completamente cavidades no furo metálico, porém não houve boa reprodutibilidade, sendo que a maioria das juntas obteve preenchimento parcial das cavidades, fator que melhora consideravelmente a resistência mecânica da junta. Os ensaios de cisalhamento por tração de juntas sobrepostas determinaram a resistência mecânica global da junta, que variou de 21 MPa a 51 MPa (35,9% a 88,5% da resistência mecânica da PA66/FV30%), sendo que melhores desempenhos são fruto de um grande volume de contato com o chanfro no topo do pino, e de maiores preenchimentos de cavidades. Foram observados dois tipos de fratura, uma dúctil e gradual (arrancamento do pino), e outra frágil e catastrófica (nettension). As propriedades térmicas do polímero após a união não foram alteradas significantemente em relação ao material de base. Esta pesquisa científica e tecnológica caracterizou o ICJ como um processo viável para união de estruturas multimateriais, possuindo boa resistência mecânica e sem alterar significantemente as propriedades dos materiais de base.

À medida que a separação de freqüências entre os modos de corpo rígido da aeronave e os modos de vibração estrutural torna-se mais estreita, o tratamento tradicional da mecânica do vôo da aeronave considerada como corpo rígido pode não ser eficiente. Neste trabalho é apresentado um panorama sobre o tratamento da aeronave como corpo deformável, tanto em termos da dinâmica do vôo como do projeto de sistemas de controle. As equações do movimento tridimensional da aeronave são determinadas através do enfoque da mecânica lagrangeana. As cargas aerodinâmicas incrementais que aparecem devido à vibração são modeladas através da teoria das faixas, com hipótese quase-estática e em regime incompressível. A dinâmica estrutural é determinada através da técnica de decomposição modal. Desta forma, a influência da vibração sobre o carregamento aerodinâmico é determinada em termos de derivadas de estabilidade estruturais generalizadas. O projeto de sistemas de aumento de controle para aeronaves flexíveis é então abordado. A dinâmica estrutural é considerada como incerteza da planta nominal de corpo rígido ou como perturbação de entrada. A aplicação do método H8 para o projeto de controladores de estrutura fixa é então estudada segundo duas diferentes metodologias. Os projetos também contemplam a rejeição a entradas de rajada, segundo modelo estocástico de Dryden.

Neste trabalho, ligações entre vigas pré-moldadas de concreto e pilares mistos preenchidos foram propostas com a finalidade de transferir momento de flexão e força cortante das vigas para os pilares mobilizando os núcleos de concreto. Foi realizado um estudo numérico-experimental das ligações onde foi avaliada a viabilidade e a eficiência destas na transferência dos esforços. Em uma primeira fase, modelos compostos por pilar misto e consolo metálico (modelos 1 e 2) foram confeccionados, testados experimentalmente e modelados numericamente (método dos elementos finitos) para avaliar a eficiência do consolo na transferência da força cortante. Observou-se que a transferência da força cortante do consolo para o tubo metálico foi eficaz. O consolo se comportou de maneira previsível e suportou cargas elevadas. O uso de conectores de cisalhamento internos aos pilares aumentou a capacidade de carga e o desempenho dos mesmos. Na etapa seguinte da pesquisa foram confeccionados dois modelos, compostos por: pilar, viga pré-moldada, laje e consolo formando pórticos. Em um destes modelos (modelo 4) uma caixa metálica foi incorporada à viga pré-moldada e parafusado ao consolo metálico com a finalidade de transferir os momentos positivos, enquanto que outro modelo foi confeccionado e estudado sem este elemento (modelo 3). Nestes modelos foi avaliada a capacidade de transferência do momento de flexão (positivo e negativo) e forças cortantes com a ligação submetida a ciclos de carga. No modelo 3, a ligação transferiu de forma eficiente o momento negativo, porém o desempenho para o momento positivo não foi satisfatório, com baixa resistência e rigidez ao longo dos ciclos de carga. No modelo 4 foi observado considerável aumento da resistência e rigidez se comparado com o modelo anterior. Entretanto, a caixa metálica incorporada à viga pré-moldada não foi capaz de fazer com que a ligação resistisse aos momentos positivos como a mesma eficiência que resistiu aos negativos e houve degradação de suas características estruturais ao longo dos ciclos de carga. / In this work, connections of precast concrete beam to concrete-filled steel tube column were proposed to transfer the bending moment and shear forces from the beam to the composite column, mobilizing the concrete core. Was performed a numerical and experimental study of the proposed connections to evaluate the feasibility and effectiveness of them in the transfer of bending and shear forces from the beam to the column. In a first stage, models composed by column and steel corbel (models 1 e 2) were numerically and experimentally tested aiming the efficiency of the connection in shear transfer. It was observed that the transfer of shear to the steel tube was guaranteed. The corbel behaved in a predictable way and supported high loads. The use of shear connectors in the column increased the load capacity and improved the connection performance. In next stage of the research work, two models were prepared, composed by: column, precast concrete beam, steel corbel and slabs constituting frames. In one of these models (model 4) a steel box was incorporated into the precast beam and bolted to the steel corbel in order to transfer the positive moments, whereas another model was built and studied without this device (model 3). In this models were evaluated the efficiency in the transfer of bending moments (positive and negative) and shear forces with the models subjected to a cyclic loads. In the model 3, the connection transferred efficiently the negative bending, but the performance for the positive bending was not satisfactory, with reduced strength and stiffness over the load cycles. In model 4 was observed considerable increase in strength and stiffness compared with the previous model. However, the device incorporated in the precast beam was unable to make the connection resist to the positive moments with the same efficiency observed when subjected to the negative moments and a degradation of their structural characteristics was observed during the loading cycles.

Submitted by Regina Correa (rehecorrea@gmail.com) on 2016-10-03T18:50:36Z No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-10T14:21:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-10T14:21:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissNZB.pdf: 8463882 bytes, checksum: 493c4ee9ac0735d4fab21c75b50bef13 (MD5) Previous issue date: 2015-12-18 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Friction Riveting is an innovative spot joining technology for metal-polymer hybrid structures. This MSc thesis provided for the first time in the literature, a fundamental understanding on the Friction Riveting process for metal-thermoset composites joints. Joints of Ti-6Al-4V rivet and pultruded glass fiber reinforced thermoset polyester part were produced under three joining conditions with different heat input. Thorough analytical techniques were used to understand the physics of the process and the effect of the energy input on the final microstructure of the joined parts, the physico-chemical changes in the composite and the local and global mechanical properties of the joints. The process temperature reached values up to 761 ± 2°C indicating intrinsic degradation of the composite, formation of a softened/molten glass interlayer between the rivet and the composite and complex metallurgical transformations in the metallic rivet. Through monitoring of the process temperature and torque, an unstable friction regime was observed for FricRiveting of pultruded thermoset composites leading to distinguished extents of composite degradation. The microstructure of the Ti-6Al-4V alloy changed across the length of the rivet, from the equiaxed morphology to acicular structures in the rivet tip, where plastic deformation occurred. Three microstructural zones were proposed for each joint part including two thermo-mechanically affected zones and a heat affected zone. Microhardness mapping was performed in the metallic rivet evidencing an increase from the center to the tip of the rivet, with a hardness increment of over 20% compared to the base material (HVTi6Al4V= 300- 320 HV). The glass interphase consolidated in the metallic surface reached values of up to 974 HV followed by a drastic decrease to 24 HV in the polyester matrix located out of the joint area. The ultimate bearing strength ranged between 60 MPa and 166 MPa. Lesser composite degraded areas led to stronger joints. Two failure modes were observed combining initial composite bearing followed by final failure through shear of the rivet with partial rivet pullout or by full rivet pull-out. Complex failure micro-mechanisms were observed including the combination of cohesive and adhesive failures through the glass layer and the damaged composite interface. Friction-riveted joints achieved an ultimate lap shear strength of up to 80% to that of a similar bolted joint. A case study for a presumptive truss bridge application of friction-riveted joints showed a necessary of 92 rivets per truss node, 43% less than previous studies and with potential for further optimization. / Rebitagem por Fricção é uma tecnologia de união pontual inovadora para estruturas híbridas metal-polímero. Esta tese de mestrado apresenta pela primeira vez na literatura um entendimento aprofundado do processo de Rebitagem por Fricção para juntas de metal e compósito termofixo. Juntas de rebite de Ti-6Al-4V e componente pultrudado de poliéster termofixo reforçado com fibra de vidro foram produzidas seguindo três condições de processo com diferentes aportes térmicos. Diversas técnicas analíticas foram utilizadas para entender a física do processo e o efeito do aporte térmico na microestrutura final dos componentes unidos, mudanças físico-químicas no compósito, formação de camada vítrea intermediária entre o compósito e o rebite metálico e transformações metalúrgicas. Através do monitoramento da temperatura processual e do torque, um regime friccional não estável foi observado para a Rebitagem por Fricção de compósito pultrudado termofixo resultando em distintas extensões da degradação do compósito. A microestrutura da liga de Ti-6Al-4V transforma-se ao longo da secção transversal do rebite, de uma morfologia equiaxial no centro do rebite para uma estrutura acicular em sua extremidade, onde ocorre deformação plástica. Três zonas microestruturais foram propostas para cada componente da junta incluindo duas zonas termo mecanicamente afetadas e uma termicamente afetada. Mapa de microdureza foi realizado no rebite metálico evidenciando um aumento do centro para a extremidade do mesmo, próximo a 20% comparado com o material de base (HVTi6Al4V= 300-320 HV). A interfase vítrea consolidada na superfície do rebite metálico apresentou dureza em torno de 974 HV seguido de um drástico decaimento para 24 HV na matriz de poliéster localizada fora da região de união. A tensão máxima de apoio variou entre 60 e 166 MPa. Juntas com menor área degradada apresentaram os melhores desempenhos mecânicos em ensaio quase estático de cisalhamento. Dois modos de falha foram observados combinando um modo de falha inicial por deformação plástica severa no compósito seguida de falha final por cisalhamento no rebite metálico com parcial remoção do mesmo ou por remoção completa do rebite. Complexos micro mecanismos de falha foram observados incluindo a combinação de falha adesiva e coesiva através da interface entre interfase vítrea e compósito degradado. Juntas rebitadas por fricção atingiram resistência ao cisalhamento de 80% da obtida para juntas parafusadas. O estudo de caso para uma ponte hipotética treliçada revelou um número necessário de rebites de até 92 rebites por nó da ponte, 43% a menos que o encontrado em trabalhos anteriores, com potencial para futuras optimizações.

Neste trabalho, ligações entre vigas pré-moldadas de concreto e pilares mistos preenchidos foram propostas com a finalidade de transferir momento de flexão e força cortante das vigas para os pilares mobilizando os núcleos de concreto. Foi realizado um estudo numérico-experimental das ligações onde foi avaliada a viabilidade e a eficiência destas na transferência dos esforços. Em uma primeira fase, modelos compostos por pilar misto e consolo metálico (modelos 1 e 2) foram confeccionados, testados experimentalmente e modelados numericamente (método dos elementos finitos) para avaliar a eficiência do consolo na transferência da força cortante. Observou-se que a transferência da força cortante do consolo para o tubo metálico foi eficaz. O consolo se comportou de maneira previsível e suportou cargas elevadas. O uso de conectores de cisalhamento internos aos pilares aumentou a capacidade de carga e o desempenho dos mesmos. Na etapa seguinte da pesquisa foram confeccionados dois modelos, compostos por: pilar, viga pré-moldada, laje e consolo formando pórticos. Em um destes modelos (modelo 4) uma caixa metálica foi incorporada à viga pré-moldada e parafusado ao consolo metálico com a finalidade de transferir os momentos positivos, enquanto que outro modelo foi confeccionado e estudado sem este elemento (modelo 3). Nestes modelos foi avaliada a capacidade de transferência do momento de flexão (positivo e negativo) e forças cortantes com a ligação submetida a ciclos de carga. No modelo 3, a ligação transferiu de forma eficiente o momento negativo, porém o desempenho para o momento positivo não foi satisfatório, com baixa resistência e rigidez ao longo dos ciclos de carga. No modelo 4 foi observado considerável aumento da resistência e rigidez se comparado com o modelo anterior. Entretanto, a caixa metálica incorporada à viga pré-moldada não foi capaz de fazer com que a ligação resistisse aos momentos positivos como a mesma eficiência que resistiu aos negativos e houve degradação de suas características estruturais ao longo dos ciclos de carga. / In this work, connections of precast concrete beam to concrete-filled steel tube column were proposed to transfer the bending moment and shear forces from the beam to the composite column, mobilizing the concrete core. Was performed a numerical and experimental study of the proposed connections to evaluate the feasibility and effectiveness of them in the transfer of bending and shear forces from the beam to the column. In a first stage, models composed by column and steel corbel (models 1 e 2) were numerically and experimentally tested aiming the efficiency of the connection in shear transfer. It was observed that the transfer of shear to the steel tube was guaranteed. The corbel behaved in a predictable way and supported high loads. The use of shear connectors in the column increased the load capacity and improved the connection performance. In next stage of the research work, two models were prepared, composed by: column, precast concrete beam, steel corbel and slabs constituting frames. In one of these models (model 4) a steel box was incorporated into the precast beam and bolted to the steel corbel in order to transfer the positive moments, whereas another model was built and studied without this device (model 3). In this models were evaluated the efficiency in the transfer of bending moments (positive and negative) and shear forces with the models subjected to a cyclic loads. In the model 3, the connection transferred efficiently the negative bending, but the performance for the positive bending was not satisfactory, with reduced strength and stiffness over the load cycles. In model 4 was observed considerable increase in strength and stiffness compared with the previous model. However, the device incorporated in the precast beam was unable to make the connection resist to the positive moments with the same efficiency observed when subjected to the negative moments and a degradation of their structural characteristics was observed during the loading cycles.