O desenvolvimento de novos materiais mais leves e superiores aos existentes tem sido destaque tecnológico pelas inovações que vem sendo implementadas no segmento aeronáutico e espacial. A grande variedade de materiais derivados de carbono, incluindo a grafite expandida, são utilizados em muitas aplicações da ciência, tecnologia e indústria. Este tipo de grafite oriunda da grafite natural possui a capacidade de conformação sem adição de qualquer tipo de ligante produzindo assim um material sólido e coeso com baixa massa específica. Este trabalho visa a confecção de placas obtidas por compactação de grafite expandida e a caracterização das mesmas. As caracterizações feitas do material resultante são: massa específica, resistividade elétrica e condutividade térmica. A pressão aplicada determina a massa específica aparente do material produzido, a correlação entre estas variáveis foi definida experimentalmente. O tratamento térmico dos compostos de grafite intercalada (CGIs) também foi estudado e foram determinados os valores adequados das variáveis de processo para este tratamento. Dados das propriedades intrínsecas dos materiais obtidos por compactação de grafite expandida, como por exemplo resistividade elétrica e condutividade térmica, são basicamente relatados em patentes publicadas e os dados são limitados as propriedades da aplicação para a qual o material foi desenvolvido. Diante disso a pesquisa de caracterização térmica e elétrica assim como a confecção de placas obtidas por compactação de grafite expandida se faz necessária.

Análise e síntese de placas sanduíche reforçadas sujeitas a restrições de frequência, flambagem global e estática são considerados. O problemade análise é formulado usando o método das faixas finitas associado à teoria de pequenas deflexões para placas ortotrópicas. Elementos de viga compativeis com as faixas finitas, nos quais o efeito do cisalhamento transvesal é levado em consideração, são também considerados. O elemento de faixa desenvolvido permite o completo desacopiamento das matrizes para os hamônicos m x n. O problema de otimização é formulado utilizando a estratégia de programação sequencial convexa, em conjunto com o método das direções viáveis modificado, como otimizador. O espaço de projeto inclui simultaneamente variáveis de dimensionamento e de configuração. A otimização acha a placa reforçada de menor peso com restrições nas diferentes respostas da análise, incluindo o critério de falha de Tsai-Wu sobre as tensões. Resultados numéricos são apresentados e comparações com outros trabalhos são feitas sempre que possível. Pode-se verificar a obtenção de bons resultados tanto nos problemas de análise como nos de otimização.

Uma ferramenta de síntese estrutural de placas e cascas de material composto equipadas com lâminas de material piezelétrico para modificação estática de forma, foi desenvolvida. O objetivo é levar os laminados a uma forma desejada, por meio de deformações elásticas induzidas por atuadores piezelétricos, sendo otimizadas a quantidade do material piezelétrico e as voltagens aplicadas. A formulação da otimização estrutural e a sua solução no contexto do método dos conceitos aproximados são apresentadas, utilizando para a análise estrutural um elemento finito plano de casca com capacidade piezelétrica, desenvolvido a partir da junção do elemento de placa DKQ (discrete Kirchhoff quadrilateral) e de um elemento de membrana quadrilátero. São apresentados resultados de análise estrutural e de otimização do material piezelétrico e voltagens aplicadas, obtidos para estruturas existentes na literatura. A potencialidade da ferramenta de síntese é comprovada em complexas aplicações a placas e cascas anisotrópicas, que são forçadas a assumir configurações deformadas típicas de estruturas isotrópicas.

Neste trabalho é desenvolvida uma formulação variacional dual para análise não-convexa. Os resultados foram motivados pela formulação variacional de problemas não-lineares que ocorrem em mecânica de estruturas. A formulação variacional dual é desenvolvida para uma teoria não-linear de placas e cascas, entretanto, os aspectos teóricos desenvolvidos podem ser aplicados em muitas outras situações.

Este trabalho estuda a influência da rugosidade superficial nas deformações limites. Um modelo matemático capaz de predizer a estricção localizada é apresentado, sendo considerado aqui como um limite superior de deformação no processo de estiramento de chapas metálicas finas e anisotrópicas. O modelo teórico assume que a rugosidade superficial pode ser representada por uma distribuição senoidal. Operações de estiramento foram realizadas através de embutimento com punção esférico e por um novo ensaio de tração biaxial proposto. Antes de realizar os ensaios, grelhas de círculos foram impressos nos CDP';s através de técnica fotográfica, possibilitando a realização das medidas de deformações até a estricção local. Os ensaios foram realizados com as ligas de alumínio 2024-O e 7475-O. Os resultados experimentais do presente trabalho, junto com dados teóricos e experimentais de outros autores são analisados e comparados, onde os resultados obtidos estão em boa concordância. Fica claro, a partir deste trabalho que as deformações limites são sensíveis à rugosidade superficial da chapa metálica submetida a operações de estiramento. Outros parâmetros relevantes ao processo são também discutidos.

No presente trabalho foi estudada a influencia da utilizacaode matrizes de elastomeros na instabilidade plastica de chapas finasconformadas em um processo de expansao de calota semi esferica, com o objetivo de verificar a possibilidade de formular equacoes teoricas que possam predizer as deformacoes limites que o material pode suportar. Um modelo matematico, baseado nas teorias classicas de instabilidade de Hill e Swift, foi proposto de modo a determinar as deformacoes limites impostas aos materiais deformados, considerando a anisotropia da materia prima e os atritos existentes entre o elastomero/blank e entre o blank/matriz. Embora o modelo possa estabelecer as deformacoes impostas ao produto em qualquer instante do processo de conformacao, o maior interesse esta na determinacao das deformacoes na instabilidade plastica. Os ensaios experimentais, foram realizados de modo a gerar os dados necessariospara verificacao da acuidade dos resultados teoricos oriundos do modelo matematico. Para tanto, uma matriz de embutimento foi especialmente desenvolvida para os ensaios de conformacao dos Corpos de Prova (CDPs) em prensa hidraulica, utilizando elastomero. Os materiais selecionados, para os ensaios experimentais, foram caracterizados quanto as suas propriedades mecanicas e caracteristicas plasticas segundo procedimentos padroes. Devido a grande importancia do atrito nestes tipos de processos de conformacao, analisou-se e determinou-se o coeficiente de atrito medio atuante na interface elatomero/blank. Os resultados teoricos e experimentais, obtidos para os varios materiais ensaiados, foram comparados e analisados, tendo-se observado razoavel grau de concordancia entre eles. Os principais parametros que regem o modelo matematico (coeficiente de encruamento, coeficiente de atritoe anisotropia) sao discutidos para melhor entendimento de quais suasinfluencias para o sucesso das operacoes de conformacao de chapas finas. Finalmente, propoem-se abacos, oriundos das equacoes do modelo matematico, que possibilitam determinar a reducao de espessura das pecas conformadas ja na fase de projeto, podendo dispensar os ensaios experimentais de desenvolvimento.

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

Este trabalho apresenta uma formulação variacional consistente para a modelagem de placas laminadas com atuadores piezoelétricos. Um programa computacional de elementos finitos para análise de placas laminadas minidas de atuadores piezoelétricos incluindo efeitos de enrigecimento por tensão, foi adaptado para projetar os experimentos de validação da formulação proposta. Na parte experimental do trabalho, foram realizados ensaios para caracterizar o campo de deformação induzido pelos atuadores piezoelétricos, bem como o comportamento mecânico da placa em trmos de sua rigidez à flexão e freqüências naturais de vibração.

A formulation of a finite element for a composite plate containing distributed piexoelectric layers that can be either bonded to the surface or embedded within the structure, considering the Classical Laminated Plate Theory (CLPT), is presented. Temperatures effects are neglected. The finite element has a rectangular shape with four nodal points, flexural and membrane stiffness, six mechanical degrees of freedom per nodal point (u; v; w; W,x; W,y; W,xy) and one electrical potential degree of freedom per piezoelectric layer ( f ). This element presents continuity C0 in the in-plane displacements, continuity C1 in the transversal displacement and the electric potentials are constants throughout the plane of the piezoelectric layer but varying linearly thru the thickness. Two comparison case studies are presented and the present formulation shows a good agreement with the results available in the literature.

Uma formulação variacional de cascas finas achatadas de dupla curvatura foi apresentada. A análise de cascas utiliza o princípio variacional de Reissner de duas variáveis de campo com o deslocamento transversal w e a função tensão de Airy F como variáveis de campo. As equações de Euler-Langrange e as condições de contorno são obtidas. Um elemento finito baseado neste princípio variacional preservando a continuidade C(1) foi formulado. Aplicações em vibrações livre e análises de flambagem são obtidos. Diversos cálculos numéricos são apresentados. Os resultados obtidos são discutidos e comparados com soluções analíticas e resultados numéricos.