Orientador: Jaci Carlo Schramm Câmara. / Coorientador: Henry França Meier. / Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, Blumenau.

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Soluções analíticas para uma teoria de placas laminadas com efeitos piezelétricos são apresentadas neste trabalho. Supõe-se uma distribuição para o campo de deslocamentos conforme a teoria de placas de Reissner-Mindlin e para o potencial elétrico, uma variação linear ao longo da espessura de cada camada piezelétrica. As equações que descrevem o problema e as condições de contorno, em termos das componentes do deslocamento e do potencial, são obtidas consistentemente pelo princípio dos deslocamentos virtuais. Os métodos de Navier e de Lévy são aplicados na obtenção de soluções analíticas de laminados retangulares com atuadores ou sensores incluídos. Todos os resultados apresentados graficamente são também mostrados em forma de tabelas, fornecendo uma base de comparação para outras teorias ou modelos numéricos aproximados.

Foi desenvolvida toda a descrição da arquitetura do sistema de leme de um avião regional que foi projetado durante a Fase 3 do curso de Mestrado Profissional - PEE - assim como uma análise de desempenho do sistema. A descrição detalhada do sistema consiste em uma fase importante no desenvolvimento do trabalho, pois a mesma pode ser usada para fazer uma especificação técnica do sistema de forma a permitir o projeto e construção da arquitetura definida. A modelagem e a análise de desempenho servem para simular e verificar a eficácia da arquitetura definida.

A condução de calor em sólidos é estudada geralmente em materiais isotrópicos onde a condutividade térmica não é dependente da direção. Porém, muitos materiais (naturais ou não) são ditos anisotrópicos. Destes podemos citar cristais, madeiras, rochas, forjados a frio, laminados, estruturas reforçadas com fibras (de vidro, de carbono, etc). Matematicamente, a condutividade térmica de isotrópico é um escalar. Já em um material anisotrópico, esta se apresenta como um tensor de segunda ordem (nove componentes). Desta forma, o estudo de trocas de calor torna-se muito dificultoso. Uma maneira adequada de tratar tais dificuldades é transformar este tensor de nove componentes, função de três coordenadas de direção, em três únicas componentes (ditas principais) com suas respectivas (e novas) direções (ditas também principais). Esta abordagem é semelhante ao estudo de tensor de tensões mecânicas em sólidos. Mesmo reduzindo o número de componentes ainda, logicamente, é necessário conhecer estas "ditas principais" para que haja solução do problema de troca de calor. Para tanto, este projeto propõe o desenvolvimento de um modelo matemático-experimental para determinação destas condutividades principais e de suas direções, que são obtidas pela determinação dos seus respectivos autovalores e cossenos diretores.

Durante o desenvolvimento deste trabalho é apresentada a utilização de uma planta tipicamente industrial em procedimentos de modelagem, identificação, detecção de falhas e controle tolerante. Um breve estado da arte é realizado, classificando as técnicas de detecção em 2 grupos com 3 subdivisões. Estes são percentualmente classificados com base em uma amostragem de artigos extraídos do portal CAPES, mostrando uma tendência entre as técnicas. Em seguida esta planta industrial é modelada de modo que técnicas baseadas em modelo possam ser aplicadas. Esta modelagem utilizou de abordagens com estruturas paramétrica linear, não-linear, não-paramétrica e da utilização de curvas características. Com um modelo bastante razoável as técnicas de detecção puderam ser testadas. Inicialmente tratou-se do problema por causalidade de eventos, o que não mostrou-se ideal pois o modelo não pode ser tratado facilmente por eventos, mostrando a importância da escolha da técnica. A presença de invariantes possibilitou a criação de um detector de falhas baseado no conhecimento do processo. Este foi testado em uma malha fechada por um PI projetado em uma aula de laboratório lecionada no ITA. Outro controlador foi implementado para testar a mesma técnica, o Preditivo baseado em Modelo. Deste modo foi possível analisar o detector em uma malha com atuadores cooperativos na presença de falhas múltiplas.

This dissertation presents a detailed analysis of a typical section model with three degrees of freedom. This is a classic model used for the study of basic aerodynamic and aeroelastic phenomena. The equations of motion are derived and discussed. The equations for the aerodynamic loads induced by arbitrary motion of the typical section and by arbitrary shaped wind gusts are derived. These equations are converted into a state-space formulation by replacing the nonlinear Wagner and Küssner functions by rational function approximations, that are Laplace transformable. The equations of motion, the aerodynamic loads and the gust loads equations and the Dryden model for stochastic wind gusts, all of these in the state-space form, are joined in a unified state-space model. This model is then used to perform simulations to evaluate the dynamic response and stability of the typical section. A control structure is presented, along with procedures for calculating the gains for this control structure by minimizing three different performance indices: linear quadratic, time weighted linear quadratic and H-infinity-norm. An angle of attack tracker is designed using these performance indices and its response to control input and gust disturbances is presented and discussed.

Este trabalho descreve a aplicação do Método das Desigualdades de Zakian ao problema da sintonização de parâmetros internos de um sistema de piloto automático utilizando um modelo matemático do avião não linear e com seis graus de liberdade. A metodologia desenvolvida procura recriar o processo de sintonização do sistema de piloto automático em computador, onde a heurística fundamentada na experiência do engenheiro de calibração de piloto automático é substituída pela busca dirigida do Método das Desigualdades de Zakian.

Este trabalho aborda, inicialmente, alguns métodos clássicos de redução de modelos, em particular os métodos de Davison [3] e o de Marshall [4]. Para esses dois métodos, foram propostos, por Gopal e Mehta [5], dois critérios de seleção dos auto-valores que levam em consideração os resíduos associados aos auto-valores e não apenas a dominância dos auto-valores. Porém, eses critérios apresentaram resultados deficientes para muitos sistemas dinâmicos, como mostrado em [10]. Para corrigir essas deficiências, no capítulo 3 propõe-se dois critérios de seleção dos auto-valroes, um para o método de Davison e o outro para o método de Marshall. Adicionalmente, apresenta -se alguns exemplos de aplicação que ilustram as vantagens alcançadas com essas novas propostas. No capítulo 4, aborda se um método moderno de redução de modelos propostos por Moore [7], que utiliza a realização balanceada. Esse método possui um critério para escolha da ordem do modelo reduzido que não é bem definido, ou seja, a ordem do modelo reduzido, r, deve ser tal que O-r ]]Or+1, onde O é o r-ésimo valor singular do sistema dinâmico. Porém, não se estabelece regras para quantificar essa relação. Para sanar esta deficiência, no capitulo 4 é proposto um índice de desempenho que relaciona o desempenho dinâmico do modelo reduzido com a sua ordem, sem a necessidade de se calcular todos os modelos reduzidos possíveis. Com isso consegue se um diagrama de barras que orienta na escolha da ordem do modelo reduzido. Utilizando a realização balanceada de [7], Guth e Rake [12] propuseram, recentemente, um método de redução de modelos que preserva o ganho em regime do modelo original. No capítulo 4 apresenta se algumas comparações desse método com outro utilizando a redução de Marshall que garante o mesmo ganho, com menor carga computacional. No que se refere ao problema de redução do controlador, analisa-se o método LQG balanceado que possui boas propriedades de robustez. Adicionalmente, apresenta-se algumas considerações quanto ao seu critério de seleção da ordem do controlador reduzido que garante a estabilidade do sistemacompensado com esse controlador. Finalmente, apresenta-se no capítulo 6 algumas conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

A pesquisa analisa as fórmulas adotadas pelo Guia de Projeto de Pavimentos da AASHTO, que consiste no método de projeto mais utilizado em todo o mundo, em termos da sua relevância e confiabilidade em prever o desempenho real que os pavimentos apresentam em serviço. Para tanto, faz-se uso da base de dados DataPave 2.0 da pesquisa FHWA-LTPP, considerando apenas as seções de pavimentos situadas em áreas não sujeitas ao congelamento do solo de subleito, a fim de tornar o processo mais aplicável a condições climáticas existentes no Brasil. Os resultados obtidos mostraram que há sérias deficiências nos modelos da AASHTO quando se traduz suas previsões de perda gradual de serventia dos pavimentos em termos de crescimento gradual da irregularidade longitudinal. A comparação de suas previsões com o desempenho real das seções experimentais permitiu, contudo a obtenção de funções de transferência potencialmente capazes de representar uma calibração do ensaio acelerado da AASHO Road Test para condições existentes em rodovias em serviço.