Este estudo refere-se à análise de soluções de projeto voltadas às cavernas em painéis metálicos aeronáuticos, a fim de se obter uma proposta de menor peso agregado, respeitando as condições de carregamento. Para a passagem de stringers no painel metálico é necessário a abertura de pequenos recortes nestas cavernas, o que ocasiona grande perda de sua rigidez a flambagem. Realizando uma análise por elementos finitos de um modelo de comparação, que é de uma caverna sem nenhum recorte, obtém-se o fator de flambagem e peso para as comparações com soluções de projeto elaboradas com o intuito de realizar a recomposição de sua estabilidade original após sofrer os recortes. O peso da estrutura final entra como parâmetro importante nesta análise, já que é este que se busca otimizar. Como resultado tem-se o comportamento de cada variável da estrutura em relação ao seu fator de flambagem, podendo-se então adotar uma solução mais rapidamente e alterar suas variáveis sabendo o que irá ocorrer, gerando uma concepção de projeto que necessite de menor interação entre as áreas envolvidas, resultando em um menor custo de desenvolvimento.

A aplicação de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas extraindo-se sua máxima capacidade de resistir a fenômenos mecânicos não é tarefa simples. Muito das dificuldades são oriundas das características não lineares da formulação das matrizes da relação constituinte do material compósito originadas das relações trigonométricas para determinação dos termos das matrizes de rigidez do material. Tais dificuldades são notórias em diversas publicações abordando processos de otimização de materiais compósitos. Contudo, uma abordagem mais simples é passível de ser explorada através dos parâmetros de laminação. A aplicação de tal conceito aliado à utilização de algoritmo robusto e eficiente, assim como do conceito de bancos de laminados para determinação das regiões viáveis de projetos permite a otimização de estruturas aeronáuticas perante os fenômenos de impacto transversal e flambagem linear. No primeiro caso, impacto transversal, é proposto a utilização de equações fechadas para a solução do problema de impacto transversal de baixa massa. Códigos FORTRAN são utilizados para realizarem a otimização para diferentes espessuras de placas laminadas. Apesar de apresentar limitações de utilização, as equações fechadas demonstram-se como uma boa ferramenta, especialmente, na determinação do número de camadas mínimo para resistir ao fenômeno de impacto. No caso da otimização da carga de flambagem, códigos FORTRAN são utilizados aliados ao software ABAQUS para a solução do problema de flambagem linear via solução do problema de autovalor. Um metamodelo linear é utilizado para a estimativa das funções objetivo. O processo demonstra-se muito robusto e eficiente na determinação do ótimo global para problemas de flambagem linear de placas laminadas sujeitas a cargas uniaxiais.

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.

O presente trabalho aborda a concepção, o desenvolvimento e a otimização de um metamodelo de painel de cobertura aeronáutico, em alumínio, com reforçadores reticulados, resistente à compressão. O objetivo deste trabalho é mostrar que o conceito de painel reticulado apresenta melhores resultados do que um painel de cobertura aeronáutica tradicional, em termos de resistência à compressão e Eficiência Estrutural. Conclui-se que o painel com reforçadores reticulados apresenta resultados em termos de tensão compressiva de colapso de 20% a 30% melhor do que um painel tradicional, para diversas razões de aspecto, e de 10 a 15% em termos de Eficiência Estrutural. Dessa forma, existe um potencial de que a concepção de painéis de revestimento aeronáutico a partir desses metamodelos reticulados apresente um aumento do espaçamento entre os elementos longitudinais de suporte, i.e., nervuras de uma asa ou as cavernas de uma fuselagem, ou mesmo que tais elementos sejam desnecessários em algumas aplicações.

Propõem-se uma solução exata e outra aproximada para o problema de valor de contorno que descreve a flambagem linear de painéis cilíndricos circulares axialmente comprimidos com reforçadores nas bordas retas. As condições de contorno diferem das condições clássicas de apoios simples, comumente admitidas em projeto, pelo fato de considerarem a torção resistida pelos reforçadores. As equações linearizadas de Donnell, desprezando a flexão antes da flambagem, são empregadas. As soluções exata e aproximada derivam-se dos métodos de Lévy e Galerkin, respectivamente.

O objetivo deste trabalho é propor modelos em elementos finitos que sejam capazes de descrever o comportamento do elemento estrutural representativo conhecido por Viga de Kuhn, quando este é fabricado pelo processo de união permanente intitulado Solda por Atrito - FSW (Friction Stir Welding), quando comparado a modelos analíticos. Inicialmente, faz-se uma ampla revisão bibliográfica dos trabalhos de autores diversos. Desta, originou-se uma descrição do processo de solda FSW, sua viabilidade como processo e seu potencial para a indústria aeronáutica. Ainda, seguiu-se a descrição da Viga de Kuhn, com foco de interesse no estudo do regime de pós-flambagem. São apresentados os métodos analíticos de análise de flambagem e pós-flambagem seguida de falha, tendo a literatura clássica para junções rebitadas como fundamento. Foram desenvolvidos três modelos de Elementos Finitos para o estudo computacional que incorporam junções com o objetivo de simular a soldagem FSW. São confrontados os resultados analíticos e computacionais como forma de melhor compreender o comportamento em pós-flambagem da viga.

O objetivo deste trabalho é investigar um modelo de elementos finitos baseado no programa computacional ABAQUS para avaliar tensões em painéis reforçados colados submetidos a cargas de compressão. Pretende-se acessar não somente as tensões no revestimento e reforçadores, mas principalmente observar o comportamento do adesivo estrutural. O modelo proposto nesta análise foi capaz de apresentar bons resultados quanto à previsão de carga de flambagem teórica, comparada com o modelo de elementos finitos (MEF). Foi possível avaliar a carga de flambagem do painel e reforçadores, bem como a carga do início da degradação do adesivo e sua posterior falha. Ensaios experimentais são necessários para verificar a aderência dos resultados à realidade. Além disso, pesquisas devem ser realizadas em torno de critérios de falha do adesivo.

O valor do momento crítico à flambagem lateral de vigas em regime elástico-linear é geralmente obtido na literatura técnica por meio de teorias aproximadas e definido apenas para alguns casos usuais. Entretanto, a utilização de modernas técnicas computacionais permite que o estudo da flambagem lateral não fique restrito apenas a esses casos. O objetivo deste trabalho é determinar o valor do momento crítico de vigas de aço em regime elástico-linear para diversos casos de carregamento e de vinculação, por meio de uma Teoria Não-Linear Geometricamente Exata. Estes resultados são comparados aos obtidos com o emprego de expressões baseadas em teorias aproximadas, em particular as normas de projeto NBR8800:1986, prAISC-LRFD:2003, prEN1993-1-1:2002 Stage 54 e prEN1999-1-1:2004 Stage 54. Com o emprego do programa de elementos finitos PEFSYS, realiza-se, para vigas tipo I bissimétricas, uma análise paramétrica que incorpora a faixa usual de utilização destas vigas em projetos usuais de edifícios. Estuda-se a influência da restrição ao empenamento e à rotação no plano ortogonal ao da flexão para quatro condições de vinculo nas extremidades da viga. Consideram-se ainda alguns casos adicionais, como carga aplicada fora do centro de torção e vínculos ao longo do vão, para mostrar o potencial do método de análise utilizado. / The elastic lateral buckling moment is generally obtained in technical literature by means of approximated theories, and defined just for some common cases. However, the use of recent computational techniques allows that lateral-torsional buckling’s study doesn’t remain restricted to this few cases. The intend of this work is to establish accurate values for the elastic critical moment of steel beams in several cases of loading and end-restraint, using a Geometrically Exact Nonlinear Theory. This results are compared with the ones derived from approximate theories, in particular, Brazilian code NBR8800:1986, American Specification prAISC-LRFD:2003, and European Prestandards prEN1993-1-1:2002 Stage 54 and prEN1999-1-1:2004 Stage 54. A parametrical analysis is performed for doubly-symmetric I-beams using the finite element program PEFSYS for usual range in conventional structures. The influence of warping and lateral rotation restraints is studied for four idealized support conditions. Some other cases, like transverse load applied above and below shear center and presence of bracings along the span, are accounted of to corroborate the validity and the powerful of this procedure.

Dentro da prática de verificação e projeto de estruturas metálicas, o cálculo de instabilidade exerce papel importante, já que o aço, por sua elevada resistência, incentiva o uso de colunas significativamente esbeltas. É comum na verificação da instabilidade de pórticos metálicos de andares múltiplos a utilização do conhecido fator K, que define, para a coluna, um comprimento efetivo. Tal fator é usualmente obtido em ábacos construídos a partir de duas hipóteses distintas para o mecanismo de instabilidade: a de flambagem por deslocamento lateral do andar e a de flambagem com esse deslocamento impedido. Essa divisão, e os modelos usualmente utilizados para tratá-la, se mostram incompletos para o caso de pórticos que se distanciem das hipóteses simplificadoras adotadas, e podem induzir a confusões e mal-entendido no uso do fator K. Neste trabalho, serão mostrados modelos alternativos para a determinação desse fator, buscando-se maior generalidade, assim como tentativas de esclarecer algumas possíveis ambiguidades no seu uso; além disso, esses modelos serão aplicados a alguns exemplos particulares. Como complemento ao trabalho, foi criado um programa de computador para determinar deslocamentos e esforços em segunda ordem para esse tipo de edificação, assim como ábacos alternativos. Os resultados obtidos nos exemplos serão contrastados com os fornecidos pelo programa e pelos ábacos. / In the practice of analysis and design of steel structures, instability calculations is a very important feature, since steel, for its high strength, motivates the use of significantly slender columns. It is usual in the analysis of multi-storey steel plane frames, the use of the K factor, that defines, for a column, an effective length. Such factor is usually obtained from nomograms, based on two different hypothesis for the instability mode: one with a side-way mode and the other with no lateral displacements. That division, and the models usually used to deal with, are incomplete to treat frames for which behaviour go away from the adopted hypothesis and simplifications, and they can induce to confusions and misunderstanding in the use of the K factor. In this work, alternative models will be shown for the determination of the K factor, looking for a larger generality, as well as attempting to clear ambiguities in its use; a series of examples will be then presented as applications of the models. As a complement, a computer program was created to determine first and second order nodal displacements and member forces, as well alternative nomograms; the results obtained from the models will be contrasted with those obtained from the program and the nomograms.

A demanda por estruturas mais leves implica num ganho em economia, porém o aumento de esbeltez da estrutura pode tornar ela susceptível a instabilidade frente a tensões compressivas estáticas ou dinâmicas. A instabilidade acontece em várias escalas da estrutura analisada e pode interagir com outras formas de colapso como a propagação instável de fissuras, problema governado pela mecânica da fratura, pela plastificacão do material, ou por uma combinação dos efeitos citados. Neste contexto, no presente trabalho, se explora a capacidade do método dos elementos discretizados por barras (LDEM) na simulação de problemas de instabilidade estática e dinâmica devido as tensões de compressão. Este método permite simular o sólido como um arranjo de barras com rigidez equivalente ao contínuo que se quer representar. Leis constitutivas não lineares permitem modelar ruptura de forma simples. A equação de movimento resultante da discretização permite formular uma equação de movimento desacoplada que pode ser integrada no domínio do tempo com um método explícito (Método das Diferencias Finitas Centrais). O fato das barras serem rotuladas nos seus extremos e a solução do problema ser obtida de forma incremental permite capturar problemas com não linearidade geométrica, entre eles a instabilidade estrutural frente a tensões compressivas. Como último exemplo se realiza a análise de um painel sanduiche por flexão em três pontos, que é composto por um núcleo de poliuretano, com duas lâminas externas de material compósito, neste caso a instabilidade estrutural está associada a flambagem da camada da lâmina comprimida. Finalmente a potencialidade da metodologia de análise utilizada é discutida. / The demand for lighter structures implies a gain in economy, but the increase in slenderness of the structure may make it susceptible to instability against static or dynamic compressive stresses. Instability occurs at various scales of the analyzed structure and may interact with other forms of collapse such as unstable crack propagation, problem governed by fracture mechanics, plastification of the material, or a combination of the cited effects. In this context, in the present work, we explore the ability of the discrete elements methods by bars (LDEM) in the simulation of problems of static and dynamic instability due to the compression stresses. This method allows to simulate the solid as an arrangement of bars with rigidity equivalent to the continuum that one wants to represent. Constitutive non-linear laws allow simple modeling of rupture. The equation of motion resulting from the discretization allows us to formulate a decoupled motion equation that can be integrated in the time domain with an explicit method (Central Finite Differences Method). The fact that the bars are labeled at their ends and the solution of the problem is obtained in an incremental way allows to capture problems with geometric non-linearity, among them the structural instability against compressive tensions. The last example, the analysis of a sandwich panel by three-point bending, which is composed of a polyurethane core, with two external blades of composite material, in this case the structural instability is associated with buckling of the layer of the compressed blade . Finally, the potential of the analysis methodology is discussed.