Este trabalho apresenta um método de ajuste de modelos dinâmicos apropriado para aplicação em sistemas estruturais multicorpos amortecidos. O ajuste é feito a partir da identificação dos parâmetros de rigidez e amortecimento das juntas já existentes, utilizando resultados oriundos de um teste modal do sistema. A modelagem teórica é feita via síntese modal. O método escolhido permite a inclusão de amortecimento nos modelos das subestruturas e das juntas. Desenvolve-se uma extensão do método para permitir o tratamento de subestruturas com modos de corpo rígido. O método de ajuste baseia-se num problema de mínimos quadrados não-linear, resolvido pelo método de Gauss-Newton. É feita uma análise de sensibilidade analítica, que fornece uma solução fechada para as derivadas de primeira ordem envolvidas no método. Três problemas são investigados utilizando-se a metodologia desenvolvida: um sistema de parâmetros concentrados, um sistema de vigas bi-apoiadas e um sistema de viga "livre-livre". Os dois primeiros envolvem apenas simulações numéricas, enquanto o terceiro e um caso prático, utilizando dados experimentais.

Métodos de integração numérica direta são utilizados na análise dinâmica estrutural para a solução das equações de movimento no domínio do tempo. Estes métodos trabalham diretamente sobre as equações de movimento acopladas, e podem ser descritos basicamente como processos de extrapolações sucessivas passo-a-passo: começando com valores iniciais conhecidos dos vetores de deslocamento e velocidade, soluçoes são obtidas em incrementos de tempo especificado usando para tanto, um esquema de diferença finita ou um processo de integração numérica. Várias variantes dos métodos existem. Os algoritmos mais amplamente usados são: o método de Newmark, o método de Wilson O, o método de Houbolt e os métodos de Zienkiewicz. No presente trabalho alguns destes algoritmos são reexaminados e aplicados a uma estrutura de complexidade moderada. A tese discute a performance e os méritoscomputacionais das diferentes variantes. Conclusões baseadas na precisão, estabilidade e eficiência são apresentadas.

No presente trabalho, que trata da análise dinâmica de placas por um método de elementos finitos, foram utilizados os elementos mais comuns para estruturas em flexão (triangulares e retangulares), tendo sido feita uma comparação do comportamento de ambos quando usados em problemas dinâmicos. Para que se pudessem trabalhar as estruturas em placas sob ação de forças seguidoras, fez-se primeiramente um estudo de vigas sob ação de carregamento seguidor - viga de BECK e viga de LEIPHOLZ - partindo-se daí para os problemas de placas com diferentes condições de contorno, de modo a se estudur a perda de estabilidade

Esta tese fornece uma descrição do comportamento plástico das chapas metálicas anisotrópicas. Alguns dos parâmetros que influenciam a conformabilidade dos materiais das chapas metálicas, assim como duas das principais operações de conformação de chapas metálicas são discutidas, ou seja, estiramento e estampagem. Também são descritas e analisadas algumas teorias comumente usadas para predizer as deformações limites na conformação de chapas metálicas. Essas formulações levam em consideração o comportamento anisotrópico das chapas metálicas pelo emprego do critério de escoamento não quadrático de Hill (1979) e pode explicar o comportamento mecânico de uma variedade de chapas metálicas. O papel do expoente M do critério de escoamento de Hill 1979 é reinterpretado utilizando-se a teoria de Bressan e Williams, onde se argumenta que o expoente M seria independente do valor de R e poderia ter valores maiores que 2. Adicionalmente, propõe-se o desenvolvimento de um código numérico capaz de permitir o estudo dos fatores que influem na simulação numérica de processos de conformação, desde o estágio inicial até os níveis de deformação que caracterizariam a instabilidade plástica do material, estricção. Uma vez dominada a técnica numérica, assim como os erros acumulados durante a etapa de solução, é possível propor melhorias para os critérios de parada utilizados atualmente. Também é foco desta tese contribuir para o melhor entendimento das técnicas numéricas empregadas para tratamento da não linearidade do material, característica dos processos de conformação de chapas metálicas. Dessa forma, é desenvolvido um programa de elementos finitos tridimensional, no MatLab, utilizando a formulação Elástico-Plástica para materiais anisotrópicos pela incorporação da quadrática de Hill de 1948. O tratamento da não linearidade do material durante a conformação é analisado utilizando o algoritmo numérico de Newton Raphson e a técnica de incremento de tensão, que leva em consideração a lei do escoamento associado e assegura a normalidade do vetor de deformação, com relação à superfície de escoamento. Esses dois modelos matemáticos são numericamente analisados e comparados com dados experimentais disponíveis na literatura para alguns materiais de chapas metálicas utilizados nos processos de conformação de chapas, pela previsão e expansão da superfície de escoamento.

Este trabalho apresenta o modelamento da resposta dinâmica do concreto armado, quando impactado por projéteis cônicos, ogivais e semi-esféricos, utilizando-se o Método de Elementos Finitos. Foram utilizados os modelos de material JH2 e Johnson-Cook para modelar o comportamento do concreto e do projétil, respectivamente. Foram utilizados resultados da literatura para validação do modelo para velocidades de impacto na faixa de 381 a 1058 m/s. Foi desenvolvido ainda um aparato de ensaios para validar o modelo para impactos na ordem de 240 m/s, utilizando-se câmeras de alta velocidade para medir o ângulo, velocidade de impacto e velocidade residual. O modelo conseguiu, de forma satisfatória, prever as velocidades residuais.

Neste trabalho, apresenta-se um estudo numérico de rotores sustentados por mancais hidrodinâmicos. Para tanto, desenvolvem-se as formulações de mancais infinitamente longos, com reaçõees a cargas dinâmicas deduzidas a partir da integração da solução da equação de Reynolds, para mancais com a cavidade (folga) entre o eixo e a parede interno do mancal, totalmente preenchidos de óleo não cavitados (full Sommerfeld), bem como para mancais com a cavidade parcialmente preenchidas por óleo, por efeito da cavitação (solução de half Sommerfeld). Os coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento calculados a partir da equação de Reynolds com base em um óleo mineral comercial através de uma rotina escrita em C++ são responsáveis pela sustentação do rotor garantindo o funcionamento do conjunto rotativo. Com isso tem-se os coeficientes dinâmicos em função do tempo que acoplam o rotor flexível ao mancal hidrodinâmico As formulações desenvolvidas para as matrizes de rigidez e amortecimento foram aplicadas a um modelo numérico de um rotor composto por elementos de vigas (implementado em C++), assim como a um modelo de um rotor composto por elementos sólidos (utilizando programa comercial). A formulação do rotor por elementos de viga permitiu um estudo numérico do sistema rotor baseado em reações não lineares para o mancal, onde pode-se perceber que a formulação do mancal completamente cheio de lubrificante ou "full Sommerfeld"possui instabilidades numéricas severas, decorrentes da própria natureza das matrizes de rigidez desenvolvidas. Por outro lado, a formulação do mancal parcialmente cheio ou "half Sommerfeld" apresentou resultados apreciáveis, incluindo o efeito de precessão conhecido como half-speed whirl. A formulação do rotor por elementos sólidos foi feita com base nas matrizes de rigidez e amortecimento calculadas pela rotina em C++, que linearizaram as reações do mancal. Esta formulação linearizada permitiu a realização de análises modais e harmônicas dos sistemas rotores. Nestas análises, mais uma vez, a formulação de half Sommerfeld mostrou-se mais estável, apresentando resultados próximos aos encontrados na literatura.

Uma das principais causas para o surgimento de tensões na região de encaixe da pá no disco de turbinas está associada à força centrífuga, cargas de torção devidas à pressão dos gases e cargas térmicas. Devido a este fenômeno, a avaliação de tensão nesta região deve ser executada a fim de evitar a algum tipo de falha. Neste trabalho, um modelo de elementos finitos 3D foi criado no software ANSYS 13.0, com o objetivo de avaliar as tensões e deformações na região da junção que conecta a raiz da pá ao rasgo do disco de uma turbina. Uma atenção particular foi dada ao tipo de fixação "fir-tree", em que atualmente é utilizada na maioria das turbinas dos motores de turbinas a gás. Um modelo preliminar do disco foi desenvolvido com seção retangular constante usando o software CATIA como forma comparativa dos resultados de tensões obtidos ao longo do disco pelo software de elementos finitos com resultados analíticos. Posteriormente, foram geradas as geometrias da pá e do disco para o tipo de junção dovetail com seção retangular constante no software CATIA como forma de validação da metodologia aplicada, tal como: condições de contorno, tipo de malha e elementos de contato. Em seguida, aplicou-se esta metodologia no encaixe tipo fir-tree, em que a geometria da pá e do disco foi construída no software ProE, sendo que esses componentes foram gerados separados como modelos paramétricos. Esta abordagem possibilita mudanças das variáveis de projeto com facilidade e antes de importar o modelo completo, os componentes foram montados no software CAD. Todos os modelos comentados foram importados e analisados pelo software ANSYS 13.0 utilizando o módulo estrutural do ambiente Workbench. A configuração do módulo de estrutura estática do Workbench do ANSYS 13.0 reconhece automaticamente as faces da pá que estão em contato com o disco do dovetail e fir-tree como uma conexão de contato. Por fim, um caso realístico de uma turbina foi avaliado neste trabalho e os resultados para esta situação revelam uma assimetria das tensões ao longo da espessura e ao longo dos dentes da pá e do disco. Efeitos na mudança do coeficiente de atrito e alteração do material também foram avaliados para este modelo realístico. Os resultados adquiridos foram comparados com as propriedades mecânicas do material adotado, particularmente a tensão de escoamento.

Este trabalho apresenta análises dinâmicas da estrutura preliminar do satélite universitário ITASAT-1. O satélite foi concebido como uma plataforma multimissão para aplicações científicas. A plataforma tem forma cúbica e o flange adaptador tem formato cilíndrico. O projeto do satélite prevê massa máxima de 100 kg e a mesma foi considerada nas análises numéricas de forma a atender requisitos de rigidez e de resistência mecânica. O satélite possui painéis solares fixos em todas as faces externas e a arquitetura mecânica interna consiste de um cilindro que liga o painel da base inferior à plataforma central. O veículo lançador escolhido como referência para os cálculos foi o PSLV da Índia. O manual do lançador traz uma série de requisitos a serem cumpridos pela estrutura do satélite e o requisito de frequências naturais mínimas foi o maior desafio da fase preliminar. Como não há experimento, foi adotado um fator de amortecimento modal mínimo. As análises estruturais foram executadas pelo método dos elementos finitos, mais especificamente, análise modal, resposta senoidal em frequência e resposta aleatória. Para as análises estão descritos os carregamentos utilizados e após a obtenção dos resultados destas, foi possível verificar o projeto preliminar da estrutura e definir as mudanças necessárias para se cumprir os requisitos do lançador. Especificamente, como resultados alcançados neste trabalho temos as frequências naturais do conjunto e as acelerações dos principais equipamentos embarcados como função da frequência de excitação. Para avaliar os resultados, foi proposta uma especificação de ambiente preliminar, entretanto observamos que as respostas obtidas violaram especificações propostas. Portanto, uma análise de sensibilidade foi realizada e um aumento no valor do fator de amortecimento modal foi necessário para poder atender as especificações.

Structural members, such as, stiffeners are applied to aeronautical structures in order to promote the necessary global or local dynamic stiffness. The manufacture and assembly process of these parts and machines capability can introduce variability in the parts and thereby incorporating uncertainties in the structural performance. Tolerances known as GD&T (Geometrical dimensioning and Tolerance), must be specified for several dimensions during the engineering design, in order to enable the manufacture of the structure. In the same way, some material properties have variability, when different suppliers are involved. Thus, the uncertainties must be incorporated into the structural analysis in order to obtain a more reliable design. Therefore, the present thesis applies the SFEM to incorporate these uncertainties in a typical structural member and panel applied in the aeronautical industry. The approach used was Perturbation Technique using Taylor series expansions to incorporate the uncertainties in the structural members typically used in aircraft. Natural frequencies, frequency response functions and modal analysis are studied in order to understand the consequences of these uncertainties in a beam with hat and "Z" section normally applied as an aircraft panel stiffener. The stiffeners were modeled considering the Timoshenko Theory in Matlab software. Sensitivity analyses were applied for the correct interpretations and trends of the top contributors. Also an aircraft panel was performed using Nastran and Matlab software together to incorporate these uncertainties on the modal analysis. Final conclusions and issues of implementation and applicability are performed using MCS as a validation model for the stiffeners and the total range variation for the aircraft panel.

Algumas superfícies de controle de aeronave possuem deformações indesejadas quando submetidas aos carregamentos de vôo. Este trabalho apresenta uma proposta de aplicação de atuadores piezoelétricos em superfícies de controle de tal forma que as deformações geradas pelos atuadores piezoelétricos atenuem as deformações ocasionadas pelos carregamentos aerodinâmicos. Para avaliação da efetividade da aplicação proposta, é apresentada uma metodologia de modelagem em elementos finitos da aplicação dos atuadores piezoelétricos em superfícies de controle. Resultados obtidos através desta metodologia de modelagem são comparados com resultados experimentais de referências bibliográficas como forma de validação da metodologia proposta. Uma proposta de lay-out estrutural de spoiler de aeronave com atuadores piezoelétricos é apresentada como exemplo da aplicação.