Inicialmente, é apresentada no Capítulo 1 uma exposição bibliográfica sobre o tema e conceitos gerais da Dinâmica Estrutural. Os métodos aplicados neste trabalho são revisados e um resumo da teoria de cascas finas cilíndricas é apresentado.. No Capítulo 2, utilizando a teoria de viga de Euler-Bernoulli considerando o Principio de Hamilton, as equações de movimento são obtidas através das equações de Lagrange, que descreve o movimento em um plano transversal. Para esse fim aplica-se o Método dos Elementos Finitos, onde o elemento de viga possui dois pontos nodais e três graus de liberdade em cada nó, dois deslocamentos e uma rotação. Como resultado, cada elemento produz 6 equações diferenciais. As matrizes de massa, giroscópica, e rigidez, são obtidas pela integração das equações das energias, e pelas diferenciações envolvidas nas equações de Lagrange; No Capítulo 3 é apresentado o mesmo procedimento utilizado no Capítulo 2, porém, utilizando-se uma formulação que considera elementos de cascas cilíndricas circulares. Finalmente, no Capítulo 4 é apresentada uma formulação onde o escoamento estável de um fluido é descrito pela teoria clássica do escoamento potencial, e o movimento da casca pela teoria de cascas finas de Sanders. As equações do movimento para casca e fluido são resolvidas através do Método dos Elementos Finitos. Com as matrizes obtidas, um código computacional escrito em Matlab efetua a montagem das matrizes globais do tubo e simula a resposta do tubo de acordo com as dimensões estabelecidas, o material, a velocidade do fluido, pré tensão e pressão hidrostática. Para se obter a resposta no domínio do tempo, o procedimento de integração de Newmark foi adotado. Este programa computacional foi testado e comparado com sucesso com casos relatados pela literatura. Os resultados obtidos com a variação da velocidade do fluido mostram uma auto-excitação nas proximidades da velocidade critica.

O forjamento a quente em matriz aberta é o processo mais utilizado para fabricação de grandes peças. Este tipo de forjamento envolve vários parâmetros tais como forma geométrica de lingotes e matrizes, largura de matrizes, técnica de forjamento, sequência operacional, redução de forjamento, capacidade máxima do equipamento, entre outros. O principal desafio deste processo é produzir peças com boa qualidade, visto que os grandes lingotes, matéria-prima do processo, apresentam vários defeitos e heterogeneidades inerentes ao processo de solidificação, e os produtos finais possuem rigorosos requisitos de qualidade. Com a evolução dos computadores e a aplicação dos métodos numéricos em processos de conformação mecânica, pesquisadores de vários países realizaram, com sucesso, análises do processo de forjamento utilizando o método de elementos finitos. Dentro deste contexto, o objetivo deste trabalho é avaliar parâmetros de processo como geometria de matrizes, sequência operacional e técnica de forjamento, utilizando o método de elementos finitos implementado em um código comercial fechado. Para isto, são realizadas investigações em quatro experimentos aplicando-se a simulação numérica como ferramenta de análise. Os resultados evidenciaram que a simulação numérica é eficiente em avaliar os parâmetros investigados, pois se mostra em concordância com a literatura, coerente quando comparada com casos práticos de uma planta siderúrgica e capaz de fornecer informações importantes para a escolha dos melhores parâmetros do processo.

In the analysis of composite beams (laminate or sandwiches), sometimes it is very important to estimate the effect of the transverse shear (direction z). Many works about this theme were already developed (beam and plate theories, Zig-Zag theories, full three-dimensional approaches), each one with its own advantages and disadvantages (intrinsic inaccuracy, large number of degree of freedom, great computational effort). A point to observe is that those theories, in general, are unable to solve problems involving highly located effects, such as those associated to free-edges, cut-outs and concentrated loads. In those cases the most appropriate strategy is, probably, to adopt a global-local solution where the global response is calculated being used of beam theories and then, in the required regions, a detailed local solution is obtained using three dimensional approaches. The main concern, in a global solution, is to find a theory sufficiently robust and relatively easy of being applied that allows to evaluate the value of this stress, with a certain degree of precision. It should be observed that is practically impossible to obtain any experimental results that sustain a mathematical development, except in particular cases. In this work, aiming the application in a global solution and using a novel theory for laminated composite beam, it was developed a finite element beam model which showed to be very accurate. A cantilever sandwich beam was used to compare the results from two models: the first obtained from the developed beam element (mesh with 10 elements) and the second obtained using a fine two-dimensional FEM mesh (8000 elements), solved by the commercial finite-element code MSC NASTRAN. The differences between the results, at the worst case (on the fixed edge), were less then 10%.

Barras de torção são largamente utilizadas para diversas necessidades na indústria aeronáutica, tais como sistemas de comando de vôo, contrabalanceamento de portas diversas. Desse modo, ée apresentada uma metodologia que visa fornecer uma estimativa inicial das dimensões dessa barra. Essa metodologia ée baseada em três conceitos comuns para qualquer projeto de barra de torção: balanceamento, onde a barra de torção deve promover certa resistência a uma carga aplicada (no estudo de caso, a abertura de uma porta de passageiros); fadiga, baseada nas propriedades dos materiais estudados, bem como suas curvas de fadiga, fornecidas pela norma MMPDS-01; e, por último, margem de segurança, de modo que haja tensões em níveis satisfatórios, em relação às tensões de escoamento dos materiais estudados. Assim, obtém-se uma estimativa pré-otimizada das dimensões da barra de torção (diâmetro e comprimento) para qualquer material, visando a atender os requisitos necessários. Para a decisão final da melhor barra estimada, são estabelecidos critérios, novamente atendendo às necessidades de cada projeto, tais como peso, custo, entre outros. Com os valores estimados, ée feito o refinamento da mesma, utilizando método dos elementos finitos e ensaios. De modo geral, a metodologia visa dar essa estimativa inicial de forma que não sejam necessárias inúmeras novas iterações no projeto, reduzindo o tempo de projeto e manufatura.

Este trabalho visa comparar duas concepções de fuselagens para aeronave regional de 30 passageiros. Dois conceitos foram analisados: uma fuselagem de material composto fabricada segundo o conceito SOFI (Stringer Outside Frame Inside) e uma de alumínio convencional semi-monocoque. As duas fuselagens foram pré-dimensionadas para atenderem requisitos de tensões e estabilidade estática. Os resultados foram avaliados também com o uso de um programa de elementos finidos. Fixadas as duas configurações foram estimados ambos os pesos estruturais e comparados. A fuselagem de material composto apresentou uma diminuição de peso de 8% em comparação à fuselagem de alumínio convencional e por isto pode-se considerar como uma alternativa valida para redução de peso estrutural.

This study presents a new methodology developed for an analytical model of a composite fuselage. It presents also finite element analyses of the same composite fuselage and the results comparison of both studies. This comparison shows that the results of both studies present very good correlation for the least weight combinations of composite stacking sequence and prove the applicability of the analytical model methodology. Still using finite element analyses, the study also presents a weight comparison between a composite fuselage and an aluminum alloy fuselage. This comparison shows the weight reduction which the fuselage achieves through the use of composite materials.

Historicamente, o alumínio tem sido o principal material usado na fabricação de aeronaves. Porém, os requisitos de peso e rigidez estrutural evoluíram de tal maneira que superaram a capacidade das convencionais ligas de alumínio. Como uma solução para suprir a grande exigência, a utilização de materiais compósitos vem sendo crescentemente adotada; caracterizando a maior revolução técnica desde o aparecimento do motor a jato, segundo muitos autores. Apesar da superioridade técnica já ser reconhecida há algumas décadas, a utilização de materiais compósitos em estruturas aeronáuticas era desmotivada pelo alto custo do material quando comparado com o alumínio. No entanto, o domínio da tecnologia de fabricação destes materiais também evoluiu causando uma considerável queda no preço de aquisição de tal matéria-prima. Além disso, como resultado de inúmeras pesquisas, avanços na automação da produção de estruturas em material compósito também fizeram com que o custo de fabricação caísse. Logo, a substituição das convencionais estruturas primárias de ligas metálicas por estruturas de material compósito está se mostrando bastante viável. É nesse contexto que este trabalho insere-se: uma asa de fibra de carbono é projetada em substituição a asa metálica de um "Very Light Jet"; além da convencional atenção com a redução de peso trazida pelo emprego do novo material, aspectos financeiros também são abordados visando mostrar se tal substituição é viável não só tecnicamente como também economicamente.

Este trabalho pretende mostrar uma comparação entre diversos critérios de previsão de falha em juntas mecânicas de laminados de compósito. A maioria dos critérios atualmente utilizados é baseada em estudos do final da década de 80 ao início dos anos 90. Portanto, são critérios desenvolvidos quando os recursos computacionais eram muito limitados em comparação com os recursos disponíveis atualmente. Neste trabalho é feita uma análise computacional utilizando modelo de placa de elementos finitos com não-linearidades de contato e de material utilizando o software Abaqus, situação inviável à época em que os critérios foram propostos. Uma comparação entre qualidade de resultado, modelagem teórica, custo computacional e previsão de modo de falha é apresentada.

Este trabalho tem como objetivo desenvolver uma rotina para a geração de um modelo simplificado para o caixão principal de uma asa dimensionado através de uma ferramenta de otimização para estabilidade. Este modelo simplificado deve representar dinamicamente o comportamento do caixão principal. A metodologia foi aplicada para um conceito de aeronave comercial de transporte. Modelos em elementos finitos foram construídos para a validação da metodologia proposta. A rotina implementada mostrou-se capaz de cumprir o objetivo proposto, gerando os resultados com a acuracidade esperada para fases de anteprojeto de aeronaves.

O grande crescimento do uso de software em sistemas aeronáuticos fez surgir uma série de critérios a respeito da manutenção da segurança em aplicações aeronáuticas. O padrão RTCA/DO-178B é um dos mais aceitos no meio aeronáutico, justamente por consolidar vários critérios para certificar que um software aeronáutico é seguro. O objetivo desse trabalho é analisar um desses critérios, que exige o tratamento de Dead Codes em software aeronáutico. Além disso, para que essa análise reflita o ambiente de desenvolvimento de software contemporâneo, também será abordada a ocorrência de Dead Codes em software aeronáutico desenvolvido com o uso da metodologia Model Based Design, que tem sido cada vez mais utilizada.