Os avanços da indústria aeronáutica têm sido garantidos pelo emprego de tecnologias inovadoras. Para controle aeroelástico o conceito de estrutura inteligente tem ganho cada vez mais espaço. Uma estrutura inteligente é um sistema de controle estrutural onde elementos estruturais, sensores, atuadores, leis de controle, eletrônica associada e processamento de sinais estão altamente integradas garantindo aumento de desempenho. Os desenvolvimentos nesta área têm sido muito animadores e envolve uma série de disciplinas. Nesse contexto, o presente trabalho tem como meta estudar uma estrutura inteligente onde a lei de controle é representada através da lógica difusa. Esse método não convencional de controle tem proporcionado avanços no trato de sistemas complexos, não lineares e com parâmetros imprecisos e ambíguos. Um modelo em elementos finitos de uma viga inteligente com atuadores piezelétricos incorporados é desenvolvido. O modelo baseia-se nas hipóteses de viga Euler-Bernoulli e no princípio variacional eletromecânico. O modelo em elementos finitos é validado para garantir o uso no projeto do controlador não convencional. Estratégias de controle não convencional baseadas em dois tipos de metodologia difusa para controle, isto é, modelo de Mamdani e de Takagi-Sugeno-Kang, são estudas. O controlador difuso é aplicado para reduzir a resposta vibratória da viga inteligente quando submetida a distúrbios mecânicos externos. Um estudo comparativo das duas metodologias de controlador difuso é realizado e discutido. Os resultados satisfatórios alcançados mostram que o uso de controladores difusos para alívio de vibrações em vigas com atuadores piezelétricos é apropriado. Também se observou que o modelo Takagi-Sugeno-Kang é o que mais se ajustou as necessidades e requerimentos do problema. / The advances in aeronautical industry have been ensured by the application of novel technologies. For aeroelastic control the intelligent structure concept has become increasingly important. An intelligent structure is a structural control system in which structural elements, sensors, actuators, control laws, associated electronics, and signal processing are highly integrated providing better performance. The developments in this area have been encouraging and multi-disciplinar. In this context, this work aims studying control laws for intelligent structures represented through the fuzzy logic. This non-conventional method for control has provided advances in treating complex, non-linear, imprecise, and ambiguous systems.A finite element model of an intelligent beam with piezoelectric actuators is developed. The model is based in the assumptions of an Euler-Bernoulli beam and the electromechanic variational principle. The finite element model is validated to ensure its use in non-conventional control design. Non-conventional control strategies based on the two fuzzy control methodologies, that are, the Mamdani and Takagi-Sugeno-Kang models, are investigated. The fuzzy control is applied to reduce the vibratory response of the intelligent beam due to external mechanical disturbances. A comparison between the two fuzzy control methodologies is shown and discussed. The satisfactory results achieved by this work have shown that the application of fuzzy control for the alleviation of vibrations in beams with piezoelectric actuators is appropriate. It is also observed that the Takagi-Sugeno-Kang fuzzy model has presented a better performance when compared with the Mamdani one.

Nas plantas industriais dos setores químico e petroquímico observa-se uma grande quantidade de complexas redes de tubulações instaladas, o que se deve basicamente à necessidade de transferir e processar fluídos em diversas condições de pressão e temperatura em suas operações produtivas. Uma indústria petroquímica de médio porte possui entre 3.000 e 15.000 toneladas de tubulações de aço-carbono instaladas, fazendo com que o adequado dimensionamento desse sistema de tubulações adquira grande importância. Este trabalho caracteriza os principais componentes, materiais, condições de projeto e critérios normativos existentes, em especial sob temperaturas elevadas. Realiza uma avaliação comparativa dos métodos de solução estrutural dessas tubulações e analisa criticamente algumas das premissas originais que ainda orientam o seu dimensionamento, visando uma melhor adequação destas. Por fim, juntamente com um estudo de caso, apresenta uma proposta de metodologia de dimensionamento, aplicando o Método dos Elementos Finitos, com o objetivo de aliar mais segurança, otimizar a construção e permitir um projeto mais econômico, diante das grandes quantidades de material envolvidas nessas instalações. / In the chemical and petrochemical plants we can notice a big amount and complexity of pipings installeds, it happens due to the need to transfer and process fluids with differents pressures and temperatures and to get the operational requirements of production. A middle size petrochemical plant has among 3,000 to 15,000 tons of carbon steel pipings assembled so an adjusted sizing of these piping systems is very important. This study presents the main components, materials, design features and existing code procedures, especially under higher temperatures. It makes a comparative valuation about methods of structural solution to pipings and discussing previous concepts applied in the codes to improve these applications. In also, together a case study, presents a proposal of a methodology to sizing of pipings using Finity Element Analyse, with the goal to get a solution more safety, optimized and an economic project, in front of the large quantity of material involved in these installations.

Uniões por prendedores são elementos amplamente utilizados na indústria aeronáutica para a união de partes constituintes da aeronave. Contudo, devido à sua geometria e aos carregamentos sofridos, estes elementos estão frequentemente sujeitos a falhas por fadiga. Assim, para um projeto e dimensionamento bem executado dessas juntas, é necessário conhecer seu comportamento mecânico e o campo de tensões ao qual estão sujeitas. O método dos elementos finitos certamente atende a estas necessidades; porém, o uso de elementos sólidos tridimensionais para a representação destas uniões pode levar a análises demasiadamente demoradas e custosas, sendo desejável o uso de modelos mais simplificados. Nesse trabalho, juntas de topo assimétricas são modeladas pelo método dos elementos finitos, utilizando tanto elementos sólidos tridimensionais quanto elementos de casca, com o objetivo de encontrar um modelo relativamente simples que apresente resultados satisfatórios e requeira um menor tempo de solução. Os resultados numéricos obtidos são comparados com resultados experimentais, que utilizam extensômetros e fotoelasticidade. / Riveted joints are structural elements widely used in the aeronautic industry to connect different parts of the aircraft. However, due to their geometry and working load, they are frequently subjected to fatigue failure. Therefore, to a well executed project of this type of joint, it is necessary to understand the mechanical behavior and the stress field to which they are subjected. The finite element method can certainly answer those needs; however, the use of tridimensional elements to represent this type of joint can lead to time consuming and expensive analysis, being desirable the use of simpler models. In this work, asymmetric butt joints are modeled using the finite element method using both, tridimensional and shell elements, with the objective of finding a model that provides satisfactory results at smaller solution time. The numerical results obtained are compared with experimental results using strain gage and photoelastic procedures.

O propósito do presente trabalho é desenvolver a avaliação estrutural de um navio \"Nodriza\" de pequeno porte de aplicação militar e cujo projeto inicial foi orientado à navegação em águas abrigadas com restrições de calado. Porém, requisitos e necessidades afetando a concepção inicial do projeto obrigam este a efetuar percursos em águas profundas com possibilidade de experimentar ciclos de onda. A avaliação estrutural pretende determinar o nível de influência da superestrutura sobre a resistência longitudinal do navio considerando-o submetido a esforços solicitantes próprios de águas não abrigadas. As limitações geradas pelas formas e proporções do navio Nodriza, que não permitem implementar de forma direta as regras de Sociedades Classificadoras para a avaliação estrutural em águas profundas, obriga ao uso de cálculos diretos para sua aprovação. Uma análise mediante o uso de elementos finitos, modelando o navio com e sem participação da superestrutura, permite determinar como esta representa uma significativa influência sobre a resistência longitudinal e tensões finais dos membros principais e membros de suporte, quando é considerada dentro da análise estrutural. Igualmente, implementam-se procedimentos determinísticos propostos pelas regras de sociedades classificadoras para navios convencionais, na procura de estabelecer a conveniência ou não da sua aplicação como método de aproximação para uma avaliação estrutural desta classe de navio militar, cujas características tornam dele um caso particular de análise. / The objective of the present work is to conduct a structural evaluation of the small size, military vessel Nodriza which has been designed for navigation in sheltered waters with draft restrictions. However, new requirements and changes in the operation of this vessel forced deep water navigation with the possible action of wave loading. The structural evaluation seeks to determine the effects of the superstructure on the longitudinal structural resistance for the vessel. Since the geometry and overall dimensions of the ship are not covered by the structural rules of the Classification Societies, a numerical analyses based on the finite element method is conducted for a full model of the vessel. The numerical analyses demonstrate the strong effect of the superstructure on the longitudinal resistance which yields reduced stress levels in primary structural members. The work provides a compelling support to use more refined procedures in the structural design of non-conventional small-sized vessels.

Este trabalho visa o desenvolvimento de um modelo em elementos finitos de elementos de dissipação vibratória de base betuminosa, chamados comumente de deadeners. O modelo baseia-se no algoritmo comercial MSC/NASTRAN e é correlacionado e verificado com base em dados experimentais de laboratório. O resultado final deste projeto é um modelo para os deadeners que pode ser utilizado em modelos de elementos finitos de veículos completos, facilitando assim a definição da melhor localização dos mesmos no veículo bem como a otimização de seu uso. O modelo tem melhor resultado em termos de amplitude para frequências abaixo de 200Hz, porém apresenta tendências de superestimar o efeito do amortecimento nos picos de ressonância / This project aims the development of a finite element model of vibration dissipating elements of bituminous base, commonly called \"deadeners. The proposed model is based on the finite element commercial algorithm MSC/NASTRAN and is correlated and verified on experimental data from laboratory. The end result of this project is a model for \"deadeners\" which can be used in finite element models of complete vehicles, thus facilitating better definition of their location in the vehicle as well as the optimization of its use. The model has a better result in terms of amplitude for frequencies below 200 Hz, but shows a tendency to overestimate the effects of damping at the resonance peaks

As pontes estaiadas vêm sendo cada vez mais utilizadas no país, seja pela competitividade alcançada em função do domínio da tecnologia por parte dos empreiteiros e calculistas, seja pelo apelo estético. Os cabos, principais componentes deste sistema estrutural, que conferem o caráter altamente hiperestático e o comportamento não linear da estrutura são, em muitos modelos, numericamente simulados como um elemento de treliça, com a sua rigidez calculada em função da geometria e nível de carregamento do cabo. No presente trabalho é verificada a influência da componente tangencial do peso próprio do cabo, desprezada por Dishinger no cálculo da rigidez equivalente do elemento de cabo, comparada com o método proposto por Hajdn. Os resultados também são comparados com os da modelagem do cabo discretizado em elementos de treliça, seguindo a Formulação Posicional dos Elementos Finitos, que se mostrou bastante eficaz para simulação do cabo isolado, onde a capacidade de representar o comportamento do cabo foi verificada através de exemplos que mostram aspectos do comportamento não linear do mesmo. / Cable stayed bridges are being increasingly used in Brazil due to the recent master on this technology by the builders and designers and because of its aesthetics appealing. The principal components of this type of bridge, the cables, responsible for high non-linear behavior of the structure, are frequently modeled as truss element with its stiffness evaluated according to the tension and horizontal projection of the span of the cable. On the present paper the influence by neglecting the tangential component of the weight of the cable on Dishingers formula is investigated. The results are compared with the formula by Hajdn and with a model in which the cable is discretized in truss bars in a program based on the Positional Finite Element Method which has presented good results to describe the non-linear behavior of the cable.

Este trabalho trata da evolução natural do modelo de cálculo em regime elástico linear, largamente empregado no dimensionamento de pavimentos de concreto armado, para modelos com maior capacidade de representação. Implementados a um sistema computacional, elementos finitos de barra de Euler são aplicados à representação das vigas e dos pilares, e elementos finitos de placa de Kirchoff, à representação das lajes. A descrição do comportamento nãolinear físico desses elementos é introduzida por relações constitutivas atuais, e em dois campos: através das relações de momento fletor por curvatura incorporadas a elementos não-estratificados; e pela introdução de relações constitutivas uniaxiais para o concreto e o aço, a elementos estratificados. As possíveis formas de emprego dos modelos não-lineares no dimensionamento estrutural, e os principais problemas envolvidos com esse tema são discutidos e, após um estudo crítico sobre algumas das propostas atualmente empregadas, apresenta-se uma abordagem original do problema. Ao final, o dimensionamento de elementos estruturais isolados possibilita uma comparação entre as propostas, e apresenta subsídios para a evolução dos procedimentos empregados no dimensionamento de pavimentos usuais de concreto armado / This work deals with the natural evolution of the design model based on linear elasticity, widely employed on reinforced concrete floor designs, to an improved design model. Both Euler beam finite elements employed to describe beam and column behavior and Kirchoff plate element applied to represent the slab behavior are implemented to a computational system. The description of the non-linear behavior to these elements is introduced by current constitutive relationships in two fields: through the moment-curvature relationships applied to non-layered elements and by introducing uniaxial constitutive relations to both concrete and steel reinforcement, applied to layered elements. The possible ways of employing non-linear models to the structural design, and the main problems involved in that area are discussed and, after a critical study on some of the proposals currently employed, an original one is presented. Finally, the design of isolated structural elements enables one to establish a comparison among the proposals, and presents backgrounds for the evolution of the procedures employed to the design of usual reinforced concrete floors

O presente trabalho consiste no aprimoramento de formulação do Método dos Elementos Finitos (MEF) para barra geral laminada tridimensional pela consideração da cinemática de empenamento para seção qualquer. Desenvolve-se um código computacional para se solucionar o empenamento, considerando-se uma derivada do giro em relação ao eixo longitudinal de valor unitário, do problema de torção livre de Saint-Venant para uma seção transversal de geometria qualquer, homogênea e não-homogênea. Posteriormente o código desenvolvido é adaptado de forma a ser acoplado a um programa com formulação de barra geral tridimensional laminada, que segue a cinemática de Reissner-Timoshenko generalizada, enriquecendo-o com a consideração do empenamento. A primeira contribuição significativa do desenvolvimento do trabalho é a inclusão de geometrias quaisquer para a seção transversal, possibilitando, por exemplo, a consideração de núcleos estruturais mistos em edifícios, abertos e fechados por trechos. A segunda contribuição é referente à consideração de material laminado, possibilitando considerar núcleos estruturais de materiais compostos. Exemplos gerais são resolvidos para a verificação e validação da formulação proposta e implementada. / In the present work an improved finite element formulation for the analysis of three-dimensional laminated bars is presented. The improvement is made by introducing the warping mode into the previous model that follows a general Reissner-Timoshenko kinematics hypotesis. In order to do so, a two-dimensional code is developed, based on Saint Venant\'s torsion problem; to find the warping mode for any considered cross-section, including non-homogeneous material. Each warping mode is achieved for unitary rotation by unit of length. This warping mode is weighted by a new parameter, the intensity of warping, and then added to the Reissner-Timoshenko kinematics, resulting into the enhanced formulation. The existent computational code is modified accordingly to this new kinematics and tested regarding its capacity of reproducing analytical results for Saint-Venant torsion and Vlasov bending-torsion theories. Some results for laminated cross sections are also provided. It is worth stressing that the main contributions of this work are two. The first is the consideration of warping for general 3D bars with any cross section, i.e., not limited to thin-walled cross sections. The second is the consideration of laminated materials for any cross section.

Trata de formulações e algoritmos para a análise não linear em problemas de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas. São apresentadas novas formulações posicionais para problemas não lineares geométricos para os casos estático e dinâmico, baseadas no método dos elementos finitos. As formulações desenvolvidas são estendidas para problemas de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas e anteparo rígido. Utiliza-se o método do multiplicador de Lagrange para impor as restrições de contato. Uma pesquisa foi realizada para se encontrar integrador temporal estável para análises de impacto. Desenvolveu-se uma nova estratégia de previsão do impacto, através da teoria de problemas potenciais e do método dos elementos de contorno. Por fim, a formulação é adaptada para o estudo de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas, adotando-se algoritmo de retorno geométrico, no qual consideram-se situações com e sem atrito. São apresentados diversos exemplos numéricos, comparando-se resultados obtidos com soluções analíticas e numéricas de outros trabalhos. A formulação desenvolvida ainda considera efeitos elastoplásticos nos membros estruturais e ligações com deslocamentos livres nas conexões nodais, possibilitando a análise de mecanismos flexíveis / This work deals with formulations and algorithms for nonlinear bi-directional impact analysis between reticulated structures. New positional formulations for static and dynamic nonlinear cases are presented, both based on the finite element method. The developed formulations are extended to bi-directional impact problem between reticulated structures and rigid wall, using the Lagrange multiplier method to impose contact conditions. An appropriated time integration scheme is used to alleviate the numerical errors due high frequency vibrations occurring in the impact. Finally, the formulation is adapted for the bi-directional impact between reticulated structures. During the thesis several numerical examples are presented, comparing the obtained results with analytical and other numerical responses. The developed formulation also considers elastoplastic effects in structural members and nodal connections with free displacements

Apresenta-se um pré-processador para análise de pavimentos de edifícios via método dos elementos finitos desenvolvido como um aplicativo do ambiente Windows. O programa é interativo, permitindo identificar problemas de imediato na criação do modelo a ser estudado. Possui recursos gráficos básicos para a definição geométrica da estrutura. A saída de dados é programável para que o pré-processador não se prenda a um só programa de cálculo. Assim, os mesmos dados de uma estrutura podem ser analisados por diferentes programas de cálculo o que possibilita a escolha do programa mais adequado, dependendo do tipo de análise desejado. O aplicativo tem recursos para definir elementos finitos de barra e placa. Como o número desses elementos normalmente é grande, eles são gerados de uma forma automatizada. / lt is presenting a Windows preprocessar for building slab analysis by Finite Element Method. lt is an interactive program, allowing problems to be identified while the model is generated. It has graphical resources to define the structure. The program output is defined by the user; therefore it is possible to use the preprocessar with many other finite element programs. This allows the engineer to choose the appropriate program depending on the kind of analysis is wanted. The program can define frame and shell finite elements. As slabs usually need large numbers of these elements to be properly analyzed, they are generated using automatic meshing.