[pt] O presente trabalho visa investigar a interação entre a flambagem lateral com torção e a flambagem local do tê comprimido em vigas casteladas. O método dos elementos finitos (MEF) é usado para realizar análises paramétricas de vigas Litzkas sujeitas a flexão pura e considerando combinações da razão entre espessura e comprimento das mesas e alma, além do comprimento destravado. Para considerar a possibilidade de aço com diferentes resistências ao escoamento, esbeltezes adimensionais são utilizadas para prever o comportamento da estrutura de maneira compreensiva. As respostas de vigas com diferentes combinações de esbeltezes são comparadas e a resistência relativa de cada uma delas é discutida. A influência das imperfeições iniciais na capacidade de resistência é avaliada. Os momentos últimos calculados a partir do MEF são comparados com aqueles calculados de acordo com as normas de dimensionamento para vigas casteladas, mostrando que esses podem superestimar ou subestimar as capacidades de resistência. Finalmente, uma abordagem com o método da resistência direta é testada para prever a resistência nominal à flexão. Através das análises feitas, conclui-se que o Design Guide subestima a resistência das geometrias analisadas, o método da resistência direta as superestima e as imperfeições iniciais têm influência no comportamento das vigas analisadas. / [en] The present work aims to investigate the interaction between lateral torsional buckling and compression tee local buckling in castellated beams. The finite element method (FEM) is used to perform a parametric study for Litzka-beams subject to pure bending moment considering combinations of flange-to-web width and thickness ratios and unbraced lengths. To account for the possibility of different yield strengths, non-dimensional local and global slenderness are used to assess the behavior in a comprehensive manner. The responses for beams having different combinations of slendernesses are compared and the relative strengths are discussed. The influence of the initial imperfections on the strength capacity is evaluated. The FEM ultimate bending moments are compared to those calculated according to the current design recommendations for castellated beams, showing that these may either over or underpredict actual capacities. Finally, a direct strength method approach is tested for the prediction of the nominal bending strength. Through the performed analyses it was concluded that the Design Guide underestimate the relative strengths of the analyzed geometries, while the direct strength method overestimated them and the initial imperfections influence the structural behavior of the analyzed beams.

[pt] Este trabalho consiste em desenvolver e avaliar modelos clássicos de elementos finitos combinados com funções polinomiais adicionais, para a obtenção de cargas críticas de instabilidade e freqüências naturais de estruturas planas, com seus respectivos modos. O objetivo consiste em buscar uma sistemática confiável para obter estimativas de deformações localizadas em regime próximo ao colapso. Utiliza-se o método dos Elementos Finitos em combinação com o método clássico de Rayleigh-Ritz. Como elemento fundamental para tal estudo, emprega-se o elemento retangular de Barber-Weaver, que contém quatro nós, cada nó com duas translações e duas rotações independentes (equivalentes a uma rotação e uma distorção angular). Esse elemento é enriquecido com funções de deslocamentos adicionais internas e de contorno, em forma de séries polinomiais gerais. Esse conjunto de funções é incorporado nas expressões de energia para levar ao estabelecimento de matrizes de rigidez elástica, geométrica e de massa. Tais matrizes permitem estabelecer problemas generalizados de autovalor para obtenção de cargas críticas e freqüências, e respectivos modos de flambagem e vibração. Para os estudos numéricos comparativos apresentados nos exemplos, são implementadas diversas rotinas usando o software Maple 9.0. Os resultados mostram que a metodologia apresentada pode ser usada no desenvolvimento de uma técnica aplicável à obtenção de modos globais e localizados de instabilidade, quando há a combinação de efeitos não lineares geométricos e de material. / [en] This work consists in developing and evaluating classical of finite element models combined with additional polynomial functions, to obtain critical loads of instability and natural frequencies of plane structures, and respective modes. The objective is to search for a reliable technique to get estimates of localized deformations near to collapse. The Finite Elements method is used in combination with the classic method of Rayleigh-Ritz. As a basic element for such study, the rectangular element of Barber-Weaver is used, containing four nodes, each one with two translations and two independent rotations (equivalents to a rotation and an angular distortion). This element is enriched with additional internal displacement functions and with functions on the boundary, forming general polynomial series. These nodal functions are incorporated in the energy expressions leading to the establishment of elastic stiffness, geometric, and mass matrices. Such matrices allow the establishment of generalized eigenvalue problems to obtain critical loads and frequencies, and the respective modes of buckling and vibration. For the comparative numerical studies presented in the examples, several routines are implemented using software Maple 9.0. The results show that the methodology presented herein can be used in the development of an applicable technique to the ascertainment of instability in global and located modes, when there is a combination of geometric nonlinear and material effects.

O aumento no número de veículos tem levado a um exagerado aumento das colisões. Para diminuir a quantidade e a gravidade dos acidentes, a segurança veicular passou a ser um ponto determinante na concepção de um automóvel. Dentre as principais frentes de estudo da segurança veicular está a redução da energia cinética transmitida aos ocupantes quando de uma colisão. Neste caso, os projetos de veículos empregam absorvedores de impacto, também conhecidos pelo termo em inglês crash box, para absorver a energia cinética do impacto em energia de deformação da estrutura. Este estudo tem por objetivo avaliar o desempenho dos absorvedores de energia mais comuns na literatura e na indústria. A avaliação ocorre por meio de simulações numéricas usando o método dos elementos finitos e por considerações teóricas de várias medidas de eficiência. Uma vez identificados os absorvedores de melhor desempenho ao impacto, estes são considerados como base para análises paramétricas de forma e material de modo a se aumentar sua eficiência. / The increase in vehicle production has lead to an increase in the number os colisions. To reduce the amount and severity of accident vehicle safety became an important issue in automobile design. Among the main vehicle safety researches is the reduction in the kinectic energy transmitted to the occupants in a colision event. Impact absorbers or crash boxes transform the impact kinectic energy into plastic deformation. This research aims to asses the performance of the most common energy absorbers used in the industry. The assesment is done trough numerical simulations by finite element analysis and trough theoretical approaches using different effciency measures. The most successful absorbers are used as basis for optimizing its shape and material usage.

Os painéis de material compósito são curados (ou consolidados) a temperaturas que podem variar entre 120oC e 400oC, nas quais os laminados estão totalmente livres de tensões. Quando se inicia o resfriamento dos painéis, à medida que o material começa a enrijecer, a diferença das propriedades físicas do material fibroso na direção das fibras e na direção transversal a estas, principalmente o coeficiente de dilatação térmica, provoca o surgimento das chamadas tensões residuais térmicas. No caso de um painel uniforme (sem reforçadores), laminado simetricamente e desprovido de restrições externas, o efeito dos esforços resultantes devido às tensões residuais é nulo. Entretanto, se o painel não for laminado simetricamente ou se a placa for reforçada, os esforços resultantes não são nulos e podem ter uma influência significativa no comportamento mecânico da placa. Os trabalhos sobre tensões residuais térmicas realizados até hoje estudam a carga crítica de flambagem linearizada (problema de autovalor) para estruturas/placas de material compósito. Este trabalho estuda a influência destas tensões residuais na situação de pós-flambagem de placas de grafita-epóxi em compressão, com reforçadores de diferentes tipos e larguras. Além da alteração do modo de flambagem das placas, a presença das tensões residuais térmicas pode proporcionar um alto ganho de rigidez, dependendo do tipo e da largura dos reforçadores empregados. Por exemplo, as placas com reforçadores mais largos, antes com maior rigidez do que aquelas com reforçadores mais estreitos, na presença das tensões residuais são menos rígidas do que as últimas. Para outro tipo de reforçador, a situação pode se inverter - a placa de reforçadores mais estreitos, mais rígida na ausência das tensões residuais, é menos rígida na presença de tais tensões. Ainda, para todos os casos estudados, observa-se que o ganho de rigidez é maior para cargas menos elevadas.

A síntese de placas laminadas termicamente enrijecidas sob restrições de flambagem elástica é estudada. O enrijecimento térmico surge em um laminado com rigidez variável ao longo da placa, como por exemplo no caso de sua subdivisão em regiões que diferem entre si quanto à orientação de fibras e espessura de camadas. A síntese estrutural aqui apresentada visa construir este tipo de enrijecimento térmico para aumentar a carga crítica de flambagem dos laminados. Para isto regiões propriamente definidas são controladas por variáveis de projeto associadas às alturas das camadas, de modo que ajustes sucessivos produzidos pela otimização numérica produzam um campo benéfico de tensões residuais térmicas quando o laminado for resfriado da temperatura de cura do material para a sua faixa de temperatura de trabalho. Algoritmos numéricos com base em conceitos de aproximação na otimização estrutural são implementados e testados quanto à eficácia e eficiência em atingir a configuração ótima associada à máxima carga crítica ou mínima massa. As placas são modeladas com o elemento triangular quadrático de seis nós baseado na teoria de placas de primeira ordem, AST6, cuja formulação é revista bem como apresentada a pertinente análise de sensibilidade. É também implementada uma formulação não consistente para a matriz de rigidez geométrica cujo propósito é a análise do problema de carga crítica de flambagem dos laminados usando o elemento AST6.

Na análise não-linear de uma estrutura é imprescindível verificar se as configurações de equilíbrio são estáveis. Neste contexto, os pontos críticos (de bifurcação ou limites) são de grande interesse prático por causa da estreita relação que mantêm com a perda de estabilidade do equilíbrio da estrutura. Os procedimentos comumente empregados no traçado das trajetórias de equilíbrio não são capazes de determinar direta e precisamente os pontos críticos. Um procedimento mais específico, em que se resolvem as equações de equilíbrio simultaneamente com outras que caracterizam os pontos críticos (sistema estendido), é de restrita convergência. Mostra-se neste trabalho como lidar com sistemas estendidos de maneira a reduzir as dificuldades numéricas. A eficiência do algoritmo proposto é demonstrada por meio de soluções de elementos finitos de problemas que apresentam perda de estabilidade.

Uma caixa para flexo-torção, equipada com múltiplas longarinas - sem reforçadores ou nervuras - é um conceito propício à tecnologia de compósitos. A integração de almas e revestimentos possibilita um único ciclo de cura em processos à base de pré-impregnados, ou com impregnação dentro do molde. Essa idéia pode ser aproveitada em asas e empenagens, aplicações que, para o peso ótimo, tipicamente atingem a instabilidade local abaixo da carga-limite. É aceitável que os longos painéis dessa caixa flambem, desde que não ocorram falhas no laminado e, acima de tudo, a estrutura mantenha-se rígida o suficiente para a função pretendida. Na presente investigação, uma caixa com longarinas auxiliares tem sua rigidez comparada à de outras soluções propostas para uma viga engastada. Para se estimar a relação entre carga e deslocamento na pós-flambagem, foram desenvolvidos modelos refinados com um pacote comercial de elementos finitos (MSC/NASTRAN), habilitado à análise não-linear geométrica (SOL106). Baseado nos modelos, comprovou-se, numericamente, que a configuração dos reforços determina a rigidez tangente do conjunto. A adição de longarinas internas mostrou-se tão eficaz quanto um dispendioso arranjo de reforçadores e nervuras, tomado como referência. Em outra proposta, com reforçadores longos, sem nervuras, ocorreu o colapso prematuro da caixa, evocando os cilindros de Koiter. O comportamento observado em caixas retas, prismáticas e pesadas repetiu-se, com poucas ressalvas, para caixas cônicas, oblíquas e mais leves. A técnica de simulação foi validada através de um ensaio estático: uma caixa representativa foi submetida a um carregamento de flexo-torção, consideravelmente superior à carga de flambagem inicial. A partir de deslocamentos medidos durante o ensaio, traçou-se a curva de carga-rigidez, que foi comparada à curva prevista. Apesar de consideráveis desvios introduzidos pelas condições de apoio, os resultados experimentais confirmaram a representatividade dos modelos.

Neste trabalho se propõem a investigação numérica e experimental do comportamento estrutural de painéis reforçados laminados em materiais compósitos sujeitos a cargas de cisalhamento no plano. Os objetivos do trabalho são: (i) desenvolver um ensaio para caracterizar o comportamento no regime de pós flambagem de painéis reforçados sujeitos a cargas de cisalhamento no plano, (ii) projetar o dispositivo de ensaio, (iii) identificar os deslocamentos fora do plano do painel em pós flambagem mediante instrumentos óticos sem contato (topogrametria) e (iv) correlacionar os valores obtidos do ensaio com o modelo numérico proposto. Na parte experimental, uma metodologia de ensaio foi proposta visando obter resultados confiáveis e reprodutíveis. Foram estabelecidos: o corpo de prova, mecanismos de ensaio, instrumentação, metodologia de aquisição de dados e análise dos resultados obtidos. Na parte numérica, foi realizada uma série de modelos via elementos finitos utilizando o software ABAQUS 6.5-1, capazes de capturar o comportamento no regime da pós flambagem do painel reforçado. Não linearidade geométrica e do material, assim como interações entre falha na fibra e trincas na matriz utilizando um modelo de falha bidimensional baseado na mecânica contínua do dano, foram consideradas. Resultados preliminares na configuração estudada indicam que painéis reforçados laminados em materiais compósitos sujeitos a cargas de cisalhamento no plano possuem uma considerável capacidade de carga pós flambagem.

O objetivo do presente trabalho ée o de analisar os efeitos do campo de tração diagonal no dimensionamento de um revestimento integral de uma asa. Para isso foi desenvolvida uma ferramenta de análise preliminar do caixão central. Os cálculos foram realizados através de uma planilha eletrônica, com o auxílio de uma linguagem de programação, para a automatização dos mesmos. Basicamente essa ferramenta fornece as tensões atuantes, os parâmetros para a análise de flambagem dos painéis, análise de tração diagonal e de falha dos componentes estruturais. Foram analisados dois casos, o primeiro sem a ocorrência de flambagem e o segundo com a flambagem do revestimento superior na condição última de carregamento, que forneceram os parâmetros necessários para a comparação.

O presente trabalho encontra-se dividido em três principais análises. Estas foram avaliadas via método de elementos finitos para obter uma predição do comportamento de uma viga sanduíche. Estas vigas são constituídas em materiais compostos de faces laminadas em carbono-epóxi e núcleo de espuma rígida de polímero e foram analisadas, mediante simulação com elementos C3D8R hexaédricos tridimensionais. A primeira análise foi realizada com o objetivo de determinar o comportamento estático detalhado do campo de tensões presentes nas faces, núcleo, assim como na interface núcleo-laminado. A segunda análise tem como objetivo descrever o comportamento da flambagem estática não-linear da viga sanduíche. A terceira análise tem o objetivo de estudar a flambagem da viga submetida a cargas estáticas axiais em conjunto com cargas dinâmicas de variação senoidal. Ao final apresenta-se uma comparação dos resultados das análises lineares e não-lineares. As análises numéricas mostram os efeitos das excitações dinâmicas quando associadas às cargas de compressão axial com o fim de compreender as possíveis falhas das estruturas sanduíche. Todas as análises presentes neste trabalho foram avaliadas para uma viga sanduíche engastada em uma extremidade e livre na outra. As simulações numéricas foram realizadas usando o programa comercial ABAQUS CAE 6.5-1. Não-linearidades geométricas foram consideradas nos modelos de elementos finitos de flambagem dinâmica.