Orientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Resumo: Este trabalho trata do desenvolvimento, análise e validação das equações do movimento de vigas flexíveis girantes formulada pelo método dos Elementos Finitos. A modelagem da viga é feita através do modelo proposto de viga de Euler-Bernoulli e a deformação é representada pelo tensor de deformação de Green-Lagrange. As equações globais para os modos longitudinal, lag e flap são obtidas pelo método de energia de Lagrange e a discretização é feita pelo método dos Elementos Finitos. São propostos modelos de viga elementar com dois e três graus de liberdade por nó e sua validação é feita, num primeiro momento, pela comparação das frequências naturais e posteriormente pela resposta, em regime transiente, dos deslocamentos da viga, através da comparação dos resultados obtidos com os dados disponíveis na literatura, sendo que a influência do acoplamento entre os modos longitudinal e lag é investigada para a dinâmica em regime transiente. O trabalho termina comentando as potencialidades da proposta apresentada, discutindo as facilidades e dificuldades encontradas na sua implementação e apontamentos para o desenvolvimento de trabalhos futuros. / Abstract: This work deals with the development, analysis and validation of the motion equations of the flexible rotating beams formulated by the Finite Element method. The beam modeling is done through the proposed Euler-Bernoulli beam model and the deformation is represented by the Green-Lagrange deformation tensor. The global equations for the longitudinal, lag and flap modes are obtained by the Lagrange energy method and the discretization is done by the Finite Element method. A discrete beam model with two and three degrees of freedom per node is proposed and its validation is done, firstly, by comparing the natural frequencies and later by the transient response of the beam displacements, by comparing the results obtained with the data available in the literature, and the influence of the coupling between the longitudinal and lag modes is investigated for the transient dynamics. This work is concluded presenting the potentialities of the design methodology proposed and future developments to be implemented. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2004-06-04Bitstream added on 2014-06-13T20:16:18Z : No. of bitstreams: 1 rocha_tl_me_ilha.pdf: 1701162 bytes, checksum: cb47a7fa8d8db257b14c82ef2e7f9bfd (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Técnicas de atenuação de vibração estrutural tem atraído a atenção de engenheiros desde que as máquinas com partes móveis foram inventadas. Direcionadas pela necessidade de se diminuir peso e reduzir ruídos, as técnicas de controle ativo de vibração estrutural e acústica têm sofrido rápidas mudanças nas últimas duas décadas. Entre os materiais mais empregados nesta nova tecnologia estão os materiais que exibem propriedades piezelétricas como as cerâmicas PZT (Titanato Zirconato de Chumbo) e os filmes plásticos PVDF (Fluoreto de Vinilideno). Esses materiais apresentam uma reciprocidade entre energia mecânica e elétrica que lhes propicia grande aplicabilidade como sensores e atuadores para uma vasta gama de aplicações. No entanto, para se conseguir bons resultados em aplicações baseadas em modelos matemáticos é necessário a obtenção de modelos que permitam analisar o comportamento dinâmico das estruturas com materiais piezelétricos incorporados. Neste trabalho um programa é implementado em ambiente MATLAB® para modelagem, através do Método dos Elementos Finitos, de estruturas dos tipos vigas e placas com materiais piezelétricos incorporados. Os resultados do programa são comparados com os resultados fornecidos pelo software ANSYS® e com resultados experimentais. Paralelamente, são verificados resultados de técnicas de posicionamento ótimo de sensores e atuadores e aplicações de controle. As técnicas de posicionamento ótimo e controle não são apresentadas em detalhes neste trabalho, que tem por objetivo principal a modelagem e o estudo da influência da cerâmica piezelétrica sobre a estrutura. Estas técnicas são utilizadas para que se possa avaliar quantitativamente o efeito do acoplamento eletromecânico nas propriedades dinâmicas das estruturas. / Attenuation techniques of structural vibration have been attracting the engineers' attention since the machines with movable parts were invented. Motivated by the need of to reduce weight and noises, techniques of active control to attenuate structural and acoustic vibration have been suffering fast changes in the last two decades. Among those materials employed in this new technology are materials that exhibit piezoelectric properties, as the PZT ceramic (Lead Zirconate Titanate) and the PVDF plastic films (PolyVinyliDene Fluoride). These materials present reciprocity between mechanical and electric energy that enable them to be used as sensors and actuators. However, to get good results in applications that are based in mathematical model is necessary to consider the electromechanical coupling between the piezoelectric material and the host structure. In this work a program is implemented in MATLAB® code for modeling, using Finite Element Method, beam and plate structures with piezoelectric materials bonded in the host structure. Results of the program are compared with results supplied by ANSYS® software and with experimental data. In addition, techniques of optimal placement of sensor/actuators and control applications are implemented. The optimal placement and control approaches are not described in details in this work, since the main objective is to verify the piezoceramic influence on the dynamic properties of the structure. These techniques are used to evaluate the electromechanical coupling effect in the dynamic properties of the structures.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-15Bitstream added on 2014-06-13T18:57:54Z : No. of bitstreams: 1 arbex_aa_me_guara.pdf: 3130393 bytes, checksum: e1c62358ab112fd781ed4b9dfabf900d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Juntas rebitadas sobrepostas representam elementos críticos na construção de estruturas aeronáuticas quando projetadas à fadiga. Por serem elementos de fixação largamente utilizados na indústria aeronáutica, o estudo de suas propriedades e variáveis à fadiga tem sido cada vez mais amplo. A variável que tem mostrado possuir alta influência na resistência à fadiga de juntas rebitadas é a força de aperto aplicada no processo de rebitagem. A vida da peça tende a ser maior quando o valor dessa força é aumentado. O método dos elementos finitos, que é uma ferramenta de cálculo aplicada nos mais diversos campos de atuação e tem se tornado parte indispensável de projetos mecânicos, é utilizado nesta dissertação para a análise de uma junta rebitada sobreposta de uso aeronáutico. A junta é simulada levando em conta as etapas do processo de fabricação e aplicação, a fim de realizar a análise de seu comportamento mecânico e calcular sua vida em fadiga. Através de um teste experimental de tração monotônica foram obtidos valores de deformação com extensômetros, e é feita a correlação desses dados com o modelo numérico a fim de validar a modelagem. Em seguida são feitas mais duas análises com diferentes forças de aperto, com o objetivo de verificar a influência dessa variação na vida em fadiga da peça. / Riveted lap joints represent a critical element in metallic airframe construction when designing against fatigue. These elements are widely used in the aerospace industry, so the study of the fatigue’s properties and variables has been increasingly broad. The variable that has shown to have a high influence on the fatigue strength of riveted joints is the clamping force applied to the riveting process. The life of the part tends to be higher when the clamping force applied is increased. The finite element method, which is a calculation tool applied in various fields of activity and has become an indispensable step of mechanical design, is used in this dissertation for the analysis of a riveted lap joint of aeronautic use. The joint is simulated considering the stages of the manufacturing process and application, in order to perform analysis of mechanical behavior and calculate the fatigue life. Through an experimental test of monotonic tensile, strain values were obtained with strain-gauges, and is made the correlation of these data with the numerical model to validate the modeling. Finally two more tests are made with different clamping forces, in order to check the influence of this variation in fatigue life of the joint.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T15:10:24Z No. of bitstreams: 1 134010.pdf: 2719301 bytes, checksum: 183aa78f992ce5aaff8cec8559f4dac2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T15:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 134010.pdf: 2719301 bytes, checksum: 183aa78f992ce5aaff8cec8559f4dac2 (MD5) Previous issue date: 1973-12 / Analisa a estabilidade elástica de estruturas, utilizando o método dos elementos finitos. Procurou-se inicialmente apresentar um sumário dos critérios gerais de estabilidade, para em seguida, baseando-se nestes critérios, introduzir-se uma modificação no processo desenvolvido por Gallagher e outros. Foi elaborado um programa de cálculo automático e aplicado a diversos casos de vigas, pórticos e arcos planos. / Study the elastic stability of structures, using the finite elements method. In the first part it is presented an overall view of the stability criteria, and the essential differences among them. Using the criteria of the stationary value of the potential energy we have modified the method of Gallagher. It was prepared a computer program for the analysis of the stability problems and we present some applications for the case of beams, frames and archs.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T15:15:38Z No. of bitstreams: 1 131564.pdf: 2216439 bytes, checksum: 1e20113fefe1d3fd1ef5ba479d73ea8f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T15:15:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 131564.pdf: 2216439 bytes, checksum: 1e20113fefe1d3fd1ef5ba479d73ea8f (MD5) Previous issue date: 1973-01 / A análise linear, estática de cascas axissimétricas submetidas a carregamento com simetria axial é efetuada, utilizando-se o método dos elementos finitos. Desenvolve-se para este fim um elemento finito de casca, de forma tronco-cônica, tirando-se proveito da simetria da estrutura. A consideração de mais três graus de liberdade, tomados no meio do elemento, possibilita a adoção de funções deslocamento mais refinadas. A influência dos anéis de rigidez é considerada. Um elemento de placa circular, com um único nó, é utilizado para contornar as singularidades que aparecem no tratamento de cascas fechadas. Um programa automático de cálculo, utilizando o elemento desenvolvido, é elaborado. Alguns exemplos são resolvidos com o uso deste programa, e os resultados obtidos são comparados com as soluções analíticas correspondentes. / The static linear analysis of axi-symmetric shells under axially symmetric loading is done by the finite element method. For this purpose a truncated cone element is used to take advantage of the symmetry or the structure. Three interior degrees of freedom are introduced for each element, resulting in improved displacement functions. The effect of stiffness rings is taken into account. A circular plate element with one node, is used to handle the singularities with appear when dealing with closed shells. A computer program based on the cone element was prepared. Some examples are solved using the program and the results are compared with those of available analytical solutions.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-27T16:09:24Z No. of bitstreams: 1 132610.pdf: 3206140 bytes, checksum: 270e317b67a9035d167ab17d2707f536 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T16:09:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 132610.pdf: 3206140 bytes, checksum: 270e317b67a9035d167ab17d2707f536 (MD5) Previous issue date: 1973-04 / O objetivo do presente trabalho é estudar o comportamento dinâmico de placas quando solicitadas por cargas móveis ou por impulsos (função do tempo) definidos matematicamente. Inicialmente apresenta-se uma formulação variacional da dinâmica das placas delgadas e aplica-se a esta formulação o método dos elementos finitos. A seguir são apresentados três tipos de elementos (triangular com 9 graus de liberdade, retangular com 12 graus de liberdade e retangular com 16 graus de liberdade ) e são obtidos resultados numéricos para os casos de vibrações livres e forçadas. É apresentado um programa automático que permite determinar as propriedades vibratórias de uma placa, assim como a resposta a cargas fixas e a cargas móveis (concentradas e distribuídas). O programa foi desenvolvido num computador IBM 1130 com 32 K de memória interna. / The main purpose of the present work is to study the dynamic behavior of plates under specified time-varying loads and moving forces. Initially a brief exposition of the variational formulation concerning the dynamics of thin plates is presented and the finite element method is applied to this formulation. Three types of elements are presented (triangular with 9 degrees of freedon, retangular with 12 degrees of freedon and retangular with 16 degrees of freedon). Numerical results are obtained for free and forced vibrations. An automatic program has also been formulated to allow the determination of the vibration properties of a plate and also the response to time-varying loads and to moving forces (concentrated or distributed). This program was developed for an IBM 1130, 32 K, internal memory.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-27T16:18:00Z No. of bitstreams: 1 133675.pdf: 1178137 bytes, checksum: 8949ee9e5bbd974c790632e00b21411d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T16:18:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133675.pdf: 1178137 bytes, checksum: 8949ee9e5bbd974c790632e00b21411d (MD5) Previous issue date: 1973-10 / O método dos Elementos Finitos é usado no presente trabalho visando uma análise estática e dinâmica de vigas sandwich submetidas a cargas axiais, bem como para a determinação das cargas críticas de instabilidade. Os elementos desenvolvidos são, também, aplicáveis a vigas onde deformações, devido ao esforço cortante, são significantes. Programas foram desenvolvidos para ambas as análises, estática e dinâmica. É feita a análise estática de uma viga sandwich em balanço e obtida a sua resposta a uma carga transversal dinâmica. É analisada, também, a convergência dos resultados e comparado o uso de ambas as matrizes de massa, consistente e diagonal. / In view of the static and dynamic analysis of sandwich beams submitted to axial loads as well as for the determination of instability critical loads the Finite Element Method has been used in the present work. The developed elements are also applied to beams where the shear strain has been taken into account. Programs have been developed both to the static and the dynamic analysis. The static analysis of a Cantilever sandwich beam has been done and for dynamical transversal load its response was obtained. The convergency of the results has been also analysed and compared the use of both consistent and diagonal mass matrices.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-27T16:48:22Z No. of bitstreams: 1 133478.pdf: 963295 bytes, checksum: a5ef4ec13ae3f5c5366f50bbf62c2bd9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T16:48:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133478.pdf: 963295 bytes, checksum: a5ef4ec13ae3f5c5366f50bbf62c2bd9 (MD5) Previous issue date: 1973-02 / Examina-se o problema da determinação da capacidade de carga das colunas de concreto armado com seções transversais em forma de círculo ou coroa circular, quando solicitadas por cargas axiais excêntricas. Os efeitos da variação da geometria da linha elástica e da não-linearidade dos diagramas tensão-deformação do concreto e do aço são analisados através de métodos numéricos. O processo de cálculo desenvolvido foi programado para utilização de um computador na construção de ábacos destinados à determinação da capacidade de carga das colunas em estudo. As hipóteses adotadas baseiam-se nas recomendações do Comité Européen du Béton - Fédération Internationale de la Précontrainte (CEB-FIP). / In this thesis we analyse the behavior of beam-columns with circular or annular cross sections under eccentric longitudinal load. The influence of the changes in shape of the elastic and the non-linearity of the stress-strain curves for both concrete and reinforcement steel is considered through numerical methods. A computer program for the numerical calculation was developed for plotting graphs used in the determination of bearing capacity of columns being studied. The basic assumptions are from the CEB-FIP Recommendations.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-27T17:24:25Z No. of bitstreams: 1 133433.pdf: 1943545 bytes, checksum: 4194800e9d2fa81a7b17439b8b224e10 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T17:24:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 133433.pdf: 1943545 bytes, checksum: 4194800e9d2fa81a7b17439b8b224e10 (MD5) Previous issue date: 1973-06 / A análise dinâmica de estruturas reticuladas, particularizando-se às aplicações realizadas às vigas contínuas e pórticos planos, constituem o objetivo maior do trabalho. Tendo-se como base o método dos elementos finitos aplicado à dinâmica estrutural, apresentamos a teoria inerente à obtenção da resposta para as estruturas mencionadas acima, sujeitas a carga móveis concentradas e distribuídas. Através de uma programação automática desenvolvida para computador IBM 1130 - 32K de memória interna, perfazemos todos os cálculos, e apresentamos os coeficientes de impacto, para os carregamentos acima citados. / The dynamic analysis of framed structure, in particular, beams and plane frames, is the purpose of this work. Using the finite element method applied to structural dynamics we present the necessary theory to obtain the response due to concentraded and distributed moving loads on beams and on plane frames. An automatic program was developed for the computer IBM 1130 - 32k, and the impact factors for the moving loads mencioned above, were obtained by the program.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T16:48:43Z No. of bitstreams: 1 136330.pdf: 1067547 bytes, checksum: fccbe16068a54f31046a8f3b933b9678 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T16:48:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 136330.pdf: 1067547 bytes, checksum: fccbe16068a54f31046a8f3b933b9678 (MD5) Previous issue date: 1974-02 / Aplicou-se o Método dos Elementos Finitos à análise de vigas e placas assentes sobre o solo. Este é considerado como um meio elástico linear, homogêneo e isotrópico. São feitas algumas considerações sobre o real comportamento do solo, bem como sobre as maneiras usuais de se caracterizar esse comportamento no caso particular do problema em questão. Os efeitos devido a separações que porventura ocorram entre as superfícies de contato foram considerados. É apresentado um programa automático para o cálculo de placas retangulares (ou placas que possam ser discretizadas por meio de retângulos) e vigas sobre um meio elástico. / The Finite Element Method was applied to analyse beams and plates resting on soil considered as an isotropic, homogeneous and linear elastic medium. Some considerations about the actual behaviour of the soil and about the usual assumptions used to solve this and similar problems are discussed. The effects of eventual separation of contact surfaces are taken into account. A complete computer program for the calculation of rectangular plates and beams is presented. This program can also handle plates wich can be decomposed into rectangles.