Os projetos de novas aeronaves possuem suas estruturas primárias fabricados em materiais compósitos, o que resulta em diferentes tipos de cargas agindo em peças de compósitos. O comportamento de compósitos sujeitos a carga de cisalhamento é algo difícil de caracterizar especialmente porque os ensaios de cisalhamento possuem dificuldades em obter uma condição de cisalhamento puro e uniforme. O presente trabalho busca modelar o ensaio de cisalhamento Iosipescu com o método de elementos finitos, avaliar suas vantagens e desvantagens e propor um dispositivo adaptado para conseguir melhores resultados na avaliação de propriedades de cisalhamento. O corpo de prova do ensaio Iosipescu é avaliado com a aplicação de deslocamentos. O dispositivo proposto é modelado com elementos de contato para avaliar o efeito do coeficiente de fricção de contato. Os resultados mostram como a carga aplicada é altamente concentrada e distribuída desigualmente nas bordas do corpo de prova. A distribuição de deformação de cisalhamento é praticamente uniforme na seção entre entalhes do corpo de prova e as distribuições de deformações normais para compósitos 0/90 são desprezíveis, enquanto que para compósitos 45 são maiores que os valores de deformação de cisalhamento, dificultando a obtenção de propriedades de cisalhamento para esses compósitos. Uma avaliação da variação da espessura do corpo de prova indicou que a espessura não altera os resultados do ensaio.

This work investigates the numerical prediction of the compression after impact behavior of woven composite laminates. Intralaminar and interlaminar damage prediction of the composites lay-ups are evaluated using a proposed damage model implemented as user defined material on ABAQUS Explicit multipurpose FEM code. The numerical models are developed using finite elements method with two different modeling approaches. The Single Shell Model (SSM) used only shell elements to model the laminates and the delamination effects are neglected. To add the delamination effects on the numerical model the Split Shell Model (SpSM) is developed using a delamination contact-logic to predict the out-of-plane effects using the shell elements to model the sub-laminates. An experimental programme is carried out to validate the proposed damage modeling methodology. The proposed damage model and the modeling methodologies prove to be capable of reproducing experimental results with good accuracy for the impact tests and Compression After Impacts (CAI) tests.

Este trabalho apresenta a análise de tensões e deslocamentos de uma fuselagem semi-monocoque através do método dos elementos finitos. Os diversos modelos utilizados nas análises possuem variações a partir de dois modelos básicos. O primeiro modelo considera o modelamento de cavernas e reforçadores como elementos de barra. O segundo modelo considera que somente os reforçadores devem ser modelados com elementos de barra; as cavernas, neste modelo, são modeladas com elementos de placa. As variações consideradas são: modelamento e não modelamento dos shear clips, presença e ausência de offsets nos reforçares e discretização da malha (malhas mais grosseira e malhas mais refinidas). Os resultados obtidos mostram que a quantidade e qualidade da malha influenciam muito mais os resultados do que presença ou não de offsets. Modelos com mesma malha, porém com diferença entre os offsets, possuem resultados muito próximos. A modelagem ou não dos shear clips influência na rigidez da estrutura e conseqüentemente deve ser modelado para melhor representar a estrutura real.

As limitações do método dos elementos finitos clássico, baseado em elementos de deslocamento, principalmente em situações onde a precisão na aproximação das tensões são fundamentais, geram pesquisas em modelos alternativos. O elemento finito híbrido de Trefftz vem sendo aplicado com resultados satisfatórios na análise de estruturas de material isotrópico de comportamento linear e não-linear. Neste elemento o campo de tensões no domínio e o deslocamento no contorno são aproximados diretamente e de maneira independente um do outro, além disso, as aproximações para o campo de tensões devem satisfazer à condição de equilíbrio local e serem obtidas da solução da equação diferencial de Navier, onde utiliza-se a solução por Papkovitch-Neuber que foi formulada para materiais isotrópicos. Utilizando-se as mesmas bases polinomiais deste elemento, foi desenvolvido um elemento quase-Trefftz para análise de materiais ortotrópicos. Neste trabalho seu comportamento é avaliado para análise de estruturas com concentração de tensão, placas sujeitas a flexão e com acoplamento tração-flexão. As tensões e os deslocamentos em diversos testes são comparados aos resultados obtidos com o Nastran.

Em diversas áreas da engenharia são encontrados problemas que devem ser analisados sob enfoque térmico. Problemas em que o processo térmico influencia no desempenho, durabilidade e segurança merecem uma análise cuidadosa. O processo de soldagem a arco elétrico é um caso em que o ciclo térmico provoca o aparecimento de indesejáveis tensões residuais. A determinação deste ciclo térmico é o primeiro passo para uma análise termomecânica que permitirá o cálculo das tensões residuais. Este trabalho descreve a formulação de um elemento de transferência de calor 2D com distribuição parabólica de temperatura na espessura, incluindo um procedimento de estabilização. O elemento 2D descrito neste trabalho pode ser usado para realizar análises térmicas de maneira mais econômica do que elementos 3D, especialmente em placas, pois o número de graus de liberdade através da espessura será sempre três. Como aplicação do elemento, um modelo numérico de um processo de soldagem TIG foi desenvolvido baseado em resultados experimentais publicados. O tamanho e a distribuição da fonte de calor, propriedades térmicas dependentes da temperatura, perdas de calor nas superfícies por convecção e calor latente de fusão foram considerados no modelo. Em paralelo, o mesmo processo foi modelado usando o software ANSYS com elementos 3D (SOLID70) para possibilitar a comparação com os resultados numéricos do modelo 2D. Os resultados obtidos com os modelos 2D, 3D e os dados experimentais mostraram boa concordância.

O objetivo deste trabalho é propor modelos de elementos finitos que prevejam a ruptura de um olhal de material compósito sob determinada carga. Para isso, consideraram-se os resultados encontrados na literatura para orientar os parâmetros estruturais e resultados obtidos. Utilizou-se o critério de falha de Tsai-Hill e aplicou-se o método de degradação da propriedade do material de apenas degradar as propriedades de resistência do material de acordo com o modo de falha do olhal. O caminho da ruptura também foi obtido.

O objetivo deste estudo é analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de painéis reforçados feitos de laminado fibra-metal sob um carregamento de cisalhamento puro através de modelos de elementos finitos. Tais painéis são avaliados com diferentes configurações, variando as especificações de empilhamento e espessuras. Para melhor compreender o comportamento do laminado fibra-metal, as análises são realizadas também para um alumínio monolítico, material comumente utilizado nas aeronaves, e os resultados obtidos são comparados. Neste trabalho, é possível observar que o laminado fibra-metal apresenta melhor desempenho para a carga crítica de flambagem e também é melhor na comparação da carga crítica de falha na pós-flambagem. Para a pós-flambagem, nas configurações de placa mais espessas, o laminado fibra-metal têm um desempenho inferior ao do alumínio monolítico.

O objetivo deste estudo é propor um modelo em elementos finitos e analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de painéis laminados fibra-metal, FML - "fiber-metal laminate". A análise é feita para painéis simplesmente apoiados com diversas dimensões e especificações de empilhamentos. Esta tese apresenta solução numérica via elementos finitos, através de análise de flambagem e análise não-linear, usando o NASTRAN. Todos os resultados obtidos para os painéis de FML são comparados com a mesma estrutura em alumínio monolítico. Foi possível observar que o FML tem maior carga de flambagem no primeiro modo de flambagem em relação ao painel de alumínio monolítico de mesma massa. Entretanto os painéis estudados de alumínio monolítico apresentaram maior carga de falha na pósflambagem.

Neste trabalho foram realizados estudos de reduções sucessivas de graus de liberdade a fim de determinar o menor modelo reduzido que represente o modelo completo de um painel com dois reforçadores para modos de vibrar transversais. Os métodos utilizados foram a Redução Estática e o Improved Reduced System (IRS), com suas variações. A cada redução os resultados de cada método foram comparados com os fornecidos pelo modelo completo. Após a determinação do menor modelo reduzido, perturbações foram inseridas no modelo numérico a fim de simular diferenças entre os resultados numéricos e de obtidos através de um ensaio experimental. Para atualizar as matrizes de massa e rigidez do modelo numérico o método Analytical Model Improvement (AMI), foi utilizado. Este método se vale de freqüências naturais e modos de vibrar medidos em um ensaio para atualizar as matrizes de massa e rigidez do modelo numérico. Dos métodos de redução aplicados, o IRS iterativo apresentou os melhores resultados e o método de atualização foi capaz de recuperar as matrizes de massa e rigidez numéricas para perturbações aplicadas tanto na geometria quanto nas propriedades do material.

O objetivo do trabalho é a obtenção dos fatores de amplificação de tensões gerados por carregamentos mecânicos e térmicos em um material compósito, utilizando-se da teoria micro-mecânica e modelagem por elementos finitos. A teoria micro-mecânica se distingue de estudos macro-mecânicos por levar em conta as diferenças de propriedades dos constituintes do material compósito. Considerando as individualidades dos constituintes é possível caracterizar os níveis de tensões em cada um dos materiais e em sua interface. Partiu-se da modelagem tridimensional por elementos finitos de um volume representativo convencional e foram realizadas simplificações, mostrando que modelos mais simples podem ser utilizados sem prejuízo da análise. Diversos resultados numéricos são obtidos e comparados com a literatura. .