Mancais magnéticos com controle uniaxial são mancais híbridos que combinam um mancal radial por imãs permanentes e um mancal axial eletromagnético com controle ativo. Estes mancais, a despeito das vantagens com relação a outras modalidades de mancais magnéticos, têm como principal deficiência a ausência de capacidade de amortecimento de vibrações radiais do rotor. De modo a eliminar tal deficiência, esta tese propõe um novo mancal magnético híbrido que conjuga um mancal com controle uniaxial a um mancal eletrodinâmico. Esta tese tem como objetivo investigar e demonstrar a eficácia desta solução. O objetivo final é apresentar um mancal magnético de elevado desempenho, de arquitetura simples e robusta, com possibilidades de aplicação em máquinas rotativas de alta velocidade. O mancal aqui proposto tem como base um mancal de controle uniaxial cuja arquitetura é definida de modo a apresentar elevada rigidez radial, elevada folga mecânica na porção rotativa, reduzida inércia no rotor, assim como simplicidade na construção e funcionamento. Para tanto, aqui se emprega mancais radiais com imãs disposto em camadas, operando em repulsão. Na direção axial, são usados atuadores eletromagnéticos compatíveis com a elevada rigidez gerada pelos mancais radiais. A estes mancais são associados mancais eletrodinâmicos homopolares de dois tipos, de fluxo magnético axial e de fluxo radial. Definido conceitualmente o novo mancal, protótipos foram desenvolvidos e foram realizados ensaios de validação do conceito do novo mancal, assim como de verificação do desempenho do protótipo. Com relação ao mancal proposto, foi verificada uma levitação estável do rotor e, obtida uma rigidez radial de 44 N/mm mediante uma folga de 2,5 mm. São valores que superam quaisquer resultados encontrados em literatura sobre mancais similares. Em seguida, demonstrou-se, ao menos até uma rotação de 35 Hz (2.100 rpm), a eficácia do mancal eletrodinâmicos de fluxo axial no amortecimento de movimentos assíncronos do rotor. / Single axis controlled magnetic bearings are hybrid bearings that combine a radial bearing based on permanent magnets and an electromagnetic bearing with active control. Such bearings, despite advantages with respect to other modalities of magnetic bearings, present an important problem of absence of vibration damping capability in the radial directions of the rotor. In order to solve this problem, this thesis proposes a new hybrid magnetic bearing that conjugates a single axis controlled bearing with an electrodynamic bearing. This thesis aims investigate and demonstrate the efficiency of the proposed solution. The final goal is to present a magnetic bearing with high capabilities, of simple architecture and robust, with possibilities for applications in high speed rotary machines. The presented bearing has, as the base, a single axis controlled bearing with an architecture suitable for achieving high radial stiffness, large gap in the rotary portion, low rotor inertia, as well as simplicity in its construction and operation. For this, the bearing employs radial bearings based on magnets arranged in layers operating in repulsion mode. In the axial direction, it uses electromagnetic actuators compatible with the high radial stiffness generated by radial bearings. These bearings are associated with electrodynamic homopolar bearings of two types: one of axial magnetic flux and other with radial flux. Once, the new bearing is defined conceptually, tests are conducted to validate the principle of the new bearing, as well, tests to evaluation of the efficiency of the prototype. With respect to the proposed bearing, a stable levitation of the rotor is obtained. Also, a radial stiffness of 44 N/mm is achieved with a gap of 2.5 mm. These values are higher than any results presented in literatures related to similar bearings. Finally, it is demonstrated that at rotations speeds of until 35 Hz (2,100 rpm), the electrodynamic of axial flux is efficient to attenuate asynchronous motions of the rotor.

O objetivo deste trabalho é estudar o fenômeno da força de radiação acústica produzida por ondas progressivas e estacionárias. Neste trabalho o estudo da força produzida por ondas estacionárias é aplicado na análise de um levitador acústico e o estudo da força de radiação acústica por ondas progressivas é feito visando a futura construção de um separador acústico. Neste trabalho é utilizado o método dos elementos finitos para simular o comportamento de um levitador acústico. Primeiramente, é feita a simulação de um levitador acústico que consiste de um transdutor de Langevin com uma face de emissão plana que opera na freqüência de aproximadamente 20 kHz e um refletor plano. O método dos elementos finitos é utilizado para determinar o deslocamento da face do transdutor e o potencial acústico que atua numa esfera pequena. O deslocamento da face do transdutor obtido numericamente é comparado com o medido experimentalmente por um vibrômetro de fibra ótica e o potencial acústico determinado pelo método dos elementos é verificado experimentalmente colocando pequenas esferas de isopor no levitador. Depois de verificar o modelo numérico, o método dos elementos finitos é utilizado na otimização de um levitador acústico composto de um refletor côncavo e um transdutor com face de emissão côncava. Os resultados numéricos mostram que a força de radiação acústica no novo levitador é aumentada em 604 vezes quando comparada com o levitador composto de um transdutor com face plana e refletor plano. Este trabalho também apresenta um modelo numérico para determinar a trajetória de partículas esféricas na presença de uma onda de ultra-som progressiva. O modelo assume que as seguintes forças atuam na partícula: gravidade, empuxo, forças viscosas e força de radiação acústica devido a uma onda progressiva. Com o objetivo de não restringir o tamanho das partículas que podem ser utilizadas no modelo é empregada uma equação empírica do coeficiente de arrasto, válida para uma grande faixa de número de Reynolds. O modelo proposto requer a distribuição de pressão gerada pelo transdutor de ultra-som. A distribuição de pressão é medida experimentalmente utilizando um hidrofone calibrado. A verificação do modelo é feita soltando-se pequenas esferas de vidro (com diâmetros da ordem de 500 m) em frente a um transdutor de ultra-som de 1 MHz e 35 mm de diâmetro. / The objective of this work is to study the acoustic radiation force produced by progressive and standing waves. In this work, the studies related to the acoustic radiation force generated by ultrasonic standing waves are applied in the analysis of an acoustic levitator and the studies involving the acoustic radiation force generated by progressive waves are conducted aiming the design of acoustic separators. In this work, the finite element method is used to simulate an acoustic levitator. First, an acoustic levitator consisting of a 20 kHz Langevin ultrasonic transducer with a plane radiating surface and a plane reflector is simulated by the finite element method. The finite element method is used to determine the transducer face displacement and the acoustic radiation potential that acts on a small sphere. The numerical displacement is compared with that obtained by a fiber-optic vibration sensor and the acoustic radiation potential determined by the finite element method is verified experimentally by placing small Styrofoam spheres in the levitator. After verifying the numerical method, the finite element method was used to optimize an acoustic levitator consisting of a concave-faced transducer and a curved reflector. The numerical results show that the acoustic radiation force in the new levitator is enhanced 604 times compared with the levitator consisting of a plane transducer and a plane reflector. This work also presents a numerical model to determine the trajectory of sphere particles when submitted to ultrasonic progressive waves. This model assumes that the following forces act on the particle: gravity, buoyancy, viscous forces and acoustic radiation force due to the progressive wave. In order not to restrict the model to a small particle size range, the viscous forces that act on the sphere are modeled by an empirical relationship of drag coefficient that is valid for a wide range of Reynolds numbers. The numerical model requires the pressure field radiated by the ultrasonic transducer. The pressure field is obtained experimentally by using a calibrated needle hydrophone. The numerical model validation is done by dropping small glass spheres (on the order of 500 m diameter) in front of a 1-MHz 35-mm diameter ultrasonic transducer.

The abrasion can have some approaches, such as: (i-) the manufacturing processes and the production of different surface features and finishing of workpieces and components; and (ii-) in terms of the wear and failure, which occur in tools materials. The present thesis consists in developing a numerical model by Finite Element Method (FEM) validated by experimental tests, aiming to evaluate microstructural influences on the abrasion of metallic alloys. Therefore, objectives are related to define rules focused on ductile material design to obtain cutting resistance. Regardless of their applications, the abrasive micro-mechanism depends on mechanical and damage properties of the materials and their microstructure. A simplified abrasion study is developed considering a single abrasive over a microstructure to evaluate from ploughing to cutting. Thus, scratch tests are performed in micro-scale, applying different ranges of constant normal force. Moreover, the specimen characterization was conducted using optical and electronic microscopy techniques, optical interferometry, conventional hardness, and instrumented indentation. By the developed numerical approach, the results were: (a-) in terms of apparent coefficient of friction (COF), the found numerical and experimental mismatches are assigned to the effects of adhesion, anisotropy, grain boundaries and twinning, for instance, which were not taken into account on the modelling; (b-) the hard precipitates have a prevailing effect over the matrix regarding the apparent COF, whereas the matrix effect is dominant of the soft precipitates on the COF behavior; (c-) as a consequence of the reduced strain energy and tangential load, the local COF decreased when the abrasive scratches the hard precipitates; (d-) regarding the depth of penetration and removed volume, the numerical results are in accordance with the experimental results; (e-) there is not a remarkable micro-mechanism transition using the approach of the dimensional wear coefficient as a function of normal load, which indicates that several abrasive micro-mechanisms can occur in a single scratching; however, a predominance of a certain micro-mechanism can be observed; (f-) hard precipitates often decreases the local depth of penetration and, as a consequence, they cause the reduced of removed volume and increased the local specific energy; (g-) considering the studied range of the normal load, soft precipitates follow the matrix mass removal behavior, but these particles can show fluctuations of the local specific energy in the less severe abrasion; and, finally, (h) the map of the abrasive resistance x deformed hardness/attack angle is an important tool to point out the dominant ductile or brittle effect on the microstructure (mechanical properties); and it delineates frontiers for the abrasive micromechanisms. / A abrasão pode ser tanto tratada do ponto de vista de processos de manufatura e geração de características superficiais distintas em peças e componentes, quanto pode ser abordada em termos de desgaste e falha em diferentes ferramentas aplicadas em processos de fabricação. A presente tese remete ao desenvolvimento de um modelo numérico pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), validado por ensaios experimentais, com o objetivo de avaliar influências de aspectos microestruturais na abrasão de ligas metálicas. Portanto, o objetivo desta tese é focado na construção de regras que auxiliem no projeto de materiais dúcteis para terem resistência ao corte. Independentemente da aplicação, os estudos da ocorrência dos micro-mecanismos de abrasão incorporam propriedades mecânicas e de dano dos materiais e suas fases. A avaliação do micro-sulcamento ao micro-corte foi realizada a partir de um estudo simplificado de abrasão, considerando o riscamento de microestruturas por um único abrasivo. Dessa forma, ensaios de riscamento em micro-escala aplicando força normal constante dentro de uma faixa específica. Em adição, as caracterizações das amostras são realizadas a partir de técnicas de microscopia óptica e eletrônica, interferometria óptica, dureza convencional e indentação instrumentada. Por meio da abordagem numérica desenvolvida, os principais resultados obtidos foram: (a-) in termos de coeficiente de atrito aparente (COF), as divergências numérica e experimental encontradas foram decorrentes principalmente do efeito da adesão, anisotropia, contornos de grão e maclação que não foram levadas em conta na simulação; (b-) os precipitados duros tendem a ter efeito predominante sobre a matriz no que diz respeito ao COF aparente, ao passo que a influência da matriz é predominante sobre o comportamento dos precipitados moles; (c-) como consequência das reduções de energia de deformação e força tangencial, o COF local tende a ser diminuído quando o abrasivo passa por precipitados duros durante o riscamento; (d-) os resultados numéricos de profundidade de penetração média e volume removido total são consistentes com os resultados experimentais; (e-) não há uma transição marcante de micro-mecanismo em função de coeficiente de desgaste dimensional em função da carga, indicando uma predominância de um certo micro-mecanismo em um dado risco e, não ocorrendo transições bruscas; (f-) precipitados duros, em geral, diminuem a profundidade de penetração local e, assim, eles reduzem o volume removido e aumentam a energia específica; (g-) para a faixa de força normal avaliada, os precipitados moles seguiram o comportamento de remoção de material de sua matriz, mas podem apresentar oscilações na energia específica local nas condições menos severas de abrasão; e, por fim, (h-) o mapa de resistência à abrasão x dureza após deformação/ângulo de ataque é uma importante ferramenta para definir efeitos dominantes de propriedades mecânicas (dúctil e frágil) na microestrutura submetida à abrasão, e faz o delineamento de fronteiras de micro-mecanismos abrasivos.

Uniões por prendedores são elementos amplamente utilizados na indústria aeronáutica para a união de partes constituintes da aeronave. Contudo, devido à sua geometria e aos carregamentos sofridos, estes elementos estão frequentemente sujeitos a falhas por fadiga. Assim, para um projeto e dimensionamento bem executado dessas juntas, é necessário conhecer seu comportamento mecânico e o campo de tensões ao qual estão sujeitas. O método dos elementos finitos certamente atende a estas necessidades; porém, o uso de elementos sólidos tridimensionais para a representação destas uniões pode levar a análises demasiadamente demoradas e custosas, sendo desejável o uso de modelos mais simplificados. Nesse trabalho, juntas de topo assimétricas são modeladas pelo método dos elementos finitos, utilizando tanto elementos sólidos tridimensionais quanto elementos de casca, com o objetivo de encontrar um modelo relativamente simples que apresente resultados satisfatórios e requeira um menor tempo de solução. Os resultados numéricos obtidos são comparados com resultados experimentais, que utilizam extensômetros e fotoelasticidade. / Riveted joints are structural elements widely used in the aeronautic industry to connect different parts of the aircraft. However, due to their geometry and working load, they are frequently subjected to fatigue failure. Therefore, to a well executed project of this type of joint, it is necessary to understand the mechanical behavior and the stress field to which they are subjected. The finite element method can certainly answer those needs; however, the use of tridimensional elements to represent this type of joint can lead to time consuming and expensive analysis, being desirable the use of simpler models. In this work, asymmetric butt joints are modeled using the finite element method using both, tridimensional and shell elements, with the objective of finding a model that provides satisfactory results at smaller solution time. The numerical results obtained are compared with experimental results using strain gage and photoelastic procedures.

En los últimos años, el uso del gas natural vehicular GNV se está incrementado de forma gradual y según la Cámara Peruana de Gas Natural Vehicular (CPGNV), hasta enero de 2016 se han registrado 226 mil unidades que utilizan este combustible aproximadamente. Actualmente, en el país se cuenta con normas técnicas que regulan los requerimientos mínimos de diseño de tanques de GNV, además proporcionan criterios de evaluación para las tareas de inspección de los mismos; sin embargo, dichas normas no contemplan criterios técnicos rigurosos como en otros países, tampoco recomiendan la consulta de algún estándar especializado ante la presencia de algún tipo de defecto en el cilindro durante el periodo de servicio. Por otro lado, en las últimas décadas, han surgido avances notables en diferentes campos de la ingeniería, como es el surgimiento de estándares que determinan la “idoneidad para el servicio” de un componente que presenta algún tipo de defecto sometido a una determinada carga, y el avance tecnológico de las herramientas de simulación que permiten analizar problemas complejos con relativa facilidad. Por lo expuesto, el presente trabajo evalúa la integridad estructural de un tanque de GNV que presenta fisuras semi elípticas, ubicadas sobre la superficie cilíndrica exterior en dirección circunferencial y longitudinal, mediante procedimientos de evaluación recomendados por el estándar API 579 y complementados por simulación numérica mediante el método de los Elementos Finitos. La fisura inicial, con profundidad de 0.4mm y longitud de 1.6mm, no afecta significativamente la integridad del tanque de GNV; sin embargo durante el servicio se propicia el crecimiento de la misma y observa la necesidad de evaluar el momento en que este defecto alcanza dimensiones que lleven al componente a una falla inminente. Al aplicar el procedimiento se obtiene que durante al menos 15 años el tanque no fallará. / Tesis

El presente proyecto de tesis consiste en la simulación numérica de un proceso de soldadura, para tal fin se desarrolla un modelo termo-mecánico tridimensional con prescripción de temperatura basado en la hipótesis de desacople del proceso de soldadura en tres grandes campos (campo de temperaturas, campo de esfuerzos y deformaciones y campo de estado microestructural) y la influencia mutua que existe entre ellos. Se llevan a cabo dos estudios, primero un estudio térmico transitorio con el fin de obtener la historia térmica, la misma que luego servirá como carga externa (información de entrada) para el estudio mecánico no lineal, con el fin de alcanzar el principal objetivo que es conocer la historia de esfuerzos a lo largo del proceso y la magnitud de los esfuerzos residuales. / Tesis

En este trabajo se presenta un procedimiento para el estudio de impacto de sólidos deformables mediante la simulación por software de elementos finitos. Para desarrollar el mencionado procedimiento, se realizó inicialmente un estudio de los diferentes métodos analíticos, computacionales y experimentales relacionados con este fenómeno. Con el estudio de los métodos analíticos, se resolvieron problemas básicos de impacto longitudinal, transversal y torsional en vigas con diferentes objetos proyectiles. Adicionalmente, mediante el estudio de los métodos computacionales, se realizaron las simulaciones de los mismos problemas básicos utilizando el software de elementos finitos ANSYS v14. Los resultados obtenidos mediante simulación fueron comparados con los resultados de los métodos analíticos y de otros autores encontrando que los métodos computacionales brindan resultados más confiables debido a que consideran efectos geométricos, inerciales, y no lineales. Adicionalmente, se encontró que para impactos a bajas velocidades el método de integración implícita en el tiempo es el más adecuado y el explícito lo es para impacto a altas velocidades. Finalmente, se determinó que para analizar el fenómeno de impacto es necesario conocer las frecuencias naturales y modos de vibración del sistema. Estas propiedades definen los parámetros de simulación por software de elementos finitos tales como el incremento del paso de tiempo (Time Step) y tiempo de simulación (End Time). Así, con lo anteriormente mencionado, se elaboró el procedimiento tomando en cuenta el pre-procesamiento, solución y postprocesamiento del problema. El mencionado procedimiento presenta detalles del modelo matemático que se debe desarrollar, del análisis del comportamiento dinámico del modelo desarrollado, de la elección del algoritmo implícito o explícito para la solución del problema y de la revisión de los resultados obtenidos para refinar el análisis. Como ejemplo de aplicación del procedimiento desarrollado se estudia una estructura FOPS (Falling Object Protective Structure) obteniendo resultados esperados de deformación plástica. / Tesis

Esta tesis desarrolla la simulación del proceso de fundición de un elemento cilíndrico con el programa de elementos finitos Vulcan 8.0, a la par de la ejecución real de la misma pieza en el laboratorio de la Sección de Ingeniería Mecánica, con el objetivo de comparar los resultados de los procesos, evaluar la capacidad de la herramienta de simulación utilizada y de esta manera contribuir a la aplicación del software a la enseñanaza universitaria. El capítulo 1 es la base teórica de la tesis y por lo tanto está dedicado a subrayar la teoría importante del conjunto: Proceso de fabricación (Fundición)/Herramienta de Simulación (Vulcan), mientras que el Capítulo 4, resulta ser una guía de simulación para los alumnos de las clases de Laboratorio de Fundición en donde el uso del software del Vulcan forma parte de la experiencia académica. El capítulo 2 y 3, conforman el cuerpo de este trabajo, y aquí los resultados del conjunto ensayo/simulación son comparados en base a los defectos presentados. El defecto más notorio y perjudicial en la pieza fundida es el rechupe. Mediante la simulación, la localización de dicho defecto se logra predecir con una muy buena aproximación mediante el criterio de solidificación de materiales denominado fracción sólida. Además, el software permite observar la evolución de vectores de velocidad durante el llenado, lo cual ayuda a evaluar zonas de alta turbulencia y por lo tanto focos de aparación de porosidades y defectos. Para finalizar el capítulo 3, se presentan gráficos de evolución de la variable temperatura versus tiempo con el objetivo de analizar el fenómeno de la transferencia de calor durante la solificación del material. Finalmente se comprueba que, a pesar de las dificultades presentadas durante el desarrollo de la investigación, como por ejemplo la utilización de un material de colada distinto para cada procedimiento (virtual: A1Si7Mg /real:chatarra de aluminio), los resultados presentados por el software Vulcan son muy convincentes. Los defectos reales son localizados con gran precisión en la pieza virtual. Este resultado permite afirmar que este programa posee una muy buena capacidad para evaluar los diseños preliminares de una fundición. / Tesis

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T05:25:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brandao_MarceloLyra_D.pdf: 5382020 bytes, checksum: d0976f1aca1c1e23445f0fe570107b17 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Este trabalho descreve o modelamento computacional da propagação em vários guias de ondas ópticos, do tipo empregado em dispositivos ópticos integrados. Este mesmo modelamento envolve a utilização de elementos finitos na solução numérico-computacional das equações de onda de Maxwell, tais como, as equações de Fresnel ou a equação de Helmholtz. Dentro desse contexto, os métodos de propagação, também chamados de métodos da propagação do feixe (BPM), podem ser divididos em dois tipos: os métodos do operador completo (FOM's) e os métodos do operador particionado (SOM's). Recentemente, sérias instabilidades e problemas envolvendo precisão tornaram-se evidentes nos esquemas convencionais tridimensionais com elementos finitos do tipo 'split-operator'. Desse modo, um novo, estável e preciso esquema tridimensional (3D) baseado em elementos finitos e na técnica 'split-operator', é descrito aqui para a análise da propagação escalar de guias de onda ópticos com seção transversal arbitrária, incluindo estruturas z-variantes e com dielétricos não-lineares e não-homogêneos. O presente algoritmo supera estes problemas através da preservação de todas as características atrativas da técnica do operador particionado. Devido à discretização por elementos finitos, os recursos computacionais podem ser otimizados pelo uso de malhas adaptativas e técnicas de matrizes esparsas. Adicionalmente, é descrita a incorporação das condições de fronteiras transparentes (TBC) na equação de onda, de modo a suprimir reflexões não físicas indesejáveis provenientes das bordas da janela computacional virtual. Além disso, um esquema de propagação não paraxial basedo na aproximação de Padé é apresentado. Esquemas numéricos bidimensionais(2D) e tridimensionais(3D), com as técnicas expostas acima e baseado no método dos elementos finitos(FEM), são apresentados, comparados com resultados anteriores e discutidos. O método dos elementos finitos, como dito anteriormente, apresenta, entre outras vantagens, a propriedade do uso de malhas arbitrárias adaptativas. Além disso, são incluídas na presente análise aplicações específicas envolvendo meios lineares e não-lineares. No fim deste trabalho, sob forma conclusiva, é aberto um pequeno espaço para desenvolvimentos futuros dos métodos numéricos aqui abordados, que incluem a análise modal e de propagação vetorial e semi-vetorial, propagação de sólitons, modelamento de outros dispositivos da óptica integrada e a utilização de uma malha de contornos inteiramente arbitrários / Abstract: This thesis describes the computer modelling of a wide range of optical waveguides, for integrated optics applications. The modelling described here involves the numerical solution of suitable Maxwell wave equations, such as Helmholtz and Fresnel. Within this context, the Beam Propagation Method (BPM) ar marching methods, can be divided into two general kinds: the fulloperator methods (FOM's) and the split-operator methods (SOM's). Recent1y, serious instability and inaccuracy problems were pointed out for the conventional 3-D split-operator finite-element scheme. The present algorithm overcomes these problems even though preserving all the attractive features of the split-operator technique. Due to the finite-element discretization, computer resources can be optimized by exploiting the use of adaptive meshes and sparse- matrix techniques. The implementation of the transparent boundary conditions (TBC) into the wave equation is also described. TBC are necessary to supress the undesirable nonphysical reflections from the computational window edges, and also to optimize the size of the numerical window. Furthermore nonparaxial propagation based on Padé aproximation is described. Current and novel numerical 2-D and 3-D schemes, based on finite element methods, are presented and discussed. The finite element method permits, among other advantages, the use of arbitrary adaptive meshes. Finally, the scope for further development of the numerical methods introduced here, has been included as conclusion remarks. That includes semi-vectorial, vectorial spatial propagation, soliton propagation, modelling of alternative integrated optical devices and employment of meshes of whole arbitrary boundary / Doutorado / Doutor em Ciências

Orientador: Jose Roberto de França Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-09-11T20:54:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LimaJunior_JoseJulianode_D.pdf: 11744073 bytes, checksum: 68bfb9d1ab48e45e1012f62b426533bd (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Apresenta-se uma metodologia para a modelagem analítica e numérica de estruturas, com elementos piezelétricos incorporados. Obtêm-se modelos analíticos de placa de Kirchhoff e Mindlin-Reissner e de viga de Euler-Bemoulli e Timoshenko, a partir das equações de movimento de casca, com a aplicação dos Postulados de Love e da escolha apropriada dos raios de curvaturas e dos Parâmetros de Lamé. Em seguida, são consideradas, nos modelos, as influências do elemento piezelétrico. O princípio variacional, aplicado em meios piezelétricos, é obtido com o auxílio da energia potencial mecânica da estrutura e elétrica do material piezelétrico. Com base nesse princípio, vários modelos numéricos são desenvolvidos, usando o método dos elementos finitos, tais como o modelo que usa o elemento sólido 3D, modelos de placa de Kirchhoff e Mindlin-Reissner e de viga de Euler-Bemoulli e Timoshenko. Desenvolve-se um programa computacional para a realização da análise estática e dinâmica de estruturas, com elementos piezelétricos incorporados. Simulações numéricas e experimentais são efetuadas e os resultados gerados são comparados entre si e com os dados disponíveis em algumas das referências bibliográficas citadas / Abstract: An analytical and numerical approach for modelling intelligent structures with incorporated piezoelectric elements is presented. Analytical models of Kirchhoff and Mindlin-Reissner plates and of Euler-Bemoulli and Timoshenko beams are obtained from equations of motion of structures having shell characteristics with the application of the Love Postulates and judicious choices of the curvature radii and Lamé Parameters. Then, the effects of the piezoelectric element are taken into account in the models. The variational principIe for piezoelectric media is obtained by considering both the potential mechanical energy of the structures and the electrical energy of the piezoelectric material. Based in this principle, various numerical models are developed by applying the finite element method: such as the 3D solid element model, the Kirchhoff and Mindlin-Reissner plate models and the Euler-Bemoulli and Timoshenko beam models. A computer program is developed for the static and dynamical analyses of structures with incorporated piezoelectric elements. A range of numerical simulations and experimental tests are carried out and the results are compared to each other and to available data found in the literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica