Neste trabalho propõe-se desenvolver uma metodologia para determinar carregamentos auto-equilibrados equivalentes aos casos de carga aos quais a estrutura está submetida. Com estes carregamentos pode-se realizar análises estáticas ou análises de flambagem. Estes carregamentos auto-equilibrados podem ainda, ser aplicados nos poucos pontos de atuadores de um ensaio estrutural estático ou de fadiga de forma a representar o carregamento real aplicado a estrutura. A aplicação escolhida neste trabalho foi de gerar casos de carga para a otimização da carga de flambagem de painéis reforçados. Estes carregamentos auto-equilibrados aplicados em painéis reforçados são descritos por funções lineares por partes definidas por pontos de controle de carga. Estes podem ser pontos arbitrários em uma aresta ou, em particular, pontos extremos de um painel reforçado. Uma vez determinados os carregamentos auto-equilibrados, que representam os casos de carga reais, faz-se a otimização da carga de flambagem com relação às propriedades geométricas do painel reforçado e com relação a todos os casos auto-equilibrados calculados. O método utilizado na otimização é o minmax que procura maximizar o autovalor em relação às propriedades geométricas e minimizar o mesmo para os casos de carga, determinado assim, as propriedades ótimas e o caso de carregamento crítico. Os resultados da metodologia de determinação de carregamentos auto-equilibrados foram obtidos para um painel plano de arestas retas com dois reforçadores retangulares, que dividem o painel em três segmentos. A espessura de cada segmento, a altura e a largura dos reforçadores são consideradas como variáveis de projeto geométricas. Este painel, localizado entre duas nervuras e duas longarinas consecutivas, está submetido a cinco casos de carregamento reais, que depois de aplicados à metodologia proposta, são representados por vários carregamentos auto-equilibrados.

Placas retangulares reforçadas (painéis integrais) numa das direções e sujeitas a flambagem provocada por uma compressão uniaxial na direção dos reforçadores são estruturas de aplicação usual, principalmente no extradorso ou intradorso de asas de aeronaves. Neste trabalho desenvolve-se uma rotina de otimização no Excel para o projeto dessas placas com minimização do peso. A largura e o comprimento da placa são parâmetros conhecidos. As variáveis de projeto são o número de reforçadores, a espessura e altura de sua seção transversal retangular e a espessura do revestimento. São especificadas restrições geométricas relativas às próprias variáveis de projeto e restrições estruturais referentes à tensão de escoamento e às cargas de flambagem global e local (reforçadores e revestimento entre reforçadores).

A utilização de painéis reforçados em estruturas aeronáuticas é explicada pela sua eficiência em resistir às solicitações mecânicas presentes nas estruturas como é o caso da flambagem, que é uma condição limitante de projeto, por isso, torna-se importante a avaliação das estruturas aeronáuticas em compressão. Um fator importante no desempenho das estruturas é o tipo de junta utilizada nos painéis reforçados; a união convencional dos componentes é dada por rebites, mas apresentam certas desvantagens em relação ao método de fixação por adesivos. Este método vem ganhando prestígio e muitos estudos estão sendo realizados na caracterização mecânica do mesmo, portanto, esta tecnologia exige estudos mais aprofundados. O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento de juntas rebitadas e coladas em flambagem linear, pós flambagem até a falha de painéis longos de fuselagem e asa; e o comportamento das juntas em falha local de painéis curtos de fuselagem e asa, quando submetidos em compressão através dos métodos comparativos de ensaio e análise numérica. Os painéis foram instrumentados e ensaiados no Laboratório de Estruturas Aeronáuticas do ITA e depois avaliados via simulações pelo software ABAQUS 6.14-1 através das modelagens de perturbação linear e quase estática. Uma metodologia de análise numérica é proposta para modelar os painéis colados ensaiados, levando em consideração não linearidades geométricas e falha progressiva na interface reforçador/revestimento, revestimento e reforçadores. Apesar da pequena diferença entre os valores experimentais e numéricos para a carga de falha dos painéis longos de asa rebitados e colados, os resultados experimentais e numéricos mostraram boa correlação em todas as avaliações efetuadas. Além disso, conforme esperado os resultados determinaram comportamento superior para as juntas coladas em relação à junta rebitada em todos os casos analisados.

Dispositivos para ensaio de painéis reforçados construídos em materiais compósitos de carbono-epóxi representativos de fuselagens de aviões comerciais são discutidos e analisados. Por meio de simulação numérica no software de elementos finitos ABAQUS versão 6.5-1, é investigado o comportamento dessa configuração estrutural carregada em cisalhamento e flexão no plano a cargas acima da crítica de flambagem e até o colapso estrutural. As simulações oferecem então subsídio para a definição e o dimensionamento de um dispositivo de ensaio.

O objetivo deste trabalho é analisar o comportamento de flambagem e pós-flambagem de uma placa e um painel reforçado de alumínio sob cargas de cisalhamento. Nesta análise será utilizado o software comercial ABAQUS 6.5-1 e os resultados obtidos serão comparados com os da literatura. Neste trabalho serão mostrados os resultados do cálculo de carga crítica para uma placa de diferentes comprimentos e rigidez rotacional, bem como o comportamento de pós-flambagem para uma placas quadradas simplesmente apoiada e engastadas sob tensão de cisalhamento com diferentes percentuais de imperfeição. Já para um painel reforçado, será calculada a carga crítica de flambagem. Por fim, a não-linearidade do material será incorporada em um painel reforçado e será feita a análise de pós-flambagem deste painel.

Este trabalho tem como objetivo investigar a estabilidade de painéis de compósitos através do cálculo da sua tensão de colapso e da eficiência estrutural. Adicionalmente, faz-se uma análise de sensibilidade para investigar como algumas variáveis do painel influenciam sua carga de flambagem. Apresenta-se o modelo em elementos finitos que foi construído para suportar as análises, detalhando o tipo de elemento, as propriedades, carregamento utilizado, condições de contorno e estudo de convergência da malha. Em seguida apresenta-se o cálculo da tensão de colapso e da eficiência estrutural do painel base desse trabalho. Além disso, calcula-se a tensão de colapso e a eficiência de um painel de compósito construído com as dimensões ótimas obtidas por outro autor (no caso de painéis metálicos integrais usinados) e também de um painel metálico com as mesmas dimensões desse painel de compósito. Por fim, mostra-se a análise de sensibilidade, evidenciando como algumas variáveis do problema, relativas à geometria e laminados, influenciam a eficiência do painel à flambagem. Ao comparar a eficiência estrutural do painel de compósito base desse trabalho com a eficiência do painel de compósito com as dimensões ótimas obtidas por outro autor, verifica-se que o segundo painel tem uma eficiência maior que a do painel base. Fazendo a mesma comparação entre o painel de compósito com as dimensões ótimas e o painel equivalente em alumínio, percebe-se que o painel de compósito é mais eficiente que o de metal. Com relação à análise de sensibilidade, seus resultados mostram-se bastante úteis em uma fase de pré-dimensionamento, pois fornecem subsídios para as definições preliminares da estrutura.

A síntese estrutural sob resposta dinâmica de estruturas modeladas por elementos finitos exige tipicamente um elevado esforço computacional devido às custosas análises de resposta dinâmica necessárias à convergência da otimização. A transformação de carga dinâmica em carga estática equivalente (CEE), permite redução considerável no custo computacional da otimização, além de simplificar a abordagem do problema. Neste trabalho, painéis aeronáuticos reforçados sob carregamento dinâmico, submetidos a restrições de deslocamentos nodais, tensão de von Mises e flambagem dinâmica, são otimizados utilizando-se a técnica de CEE. É proposta e apresentada em detalhes uma estratégia própria de determinação de instantes críticos para obtenção de CEEs, visando tornar a otimização mais eficiente. As aplicações numéricas mostram que a estratégia da CEE é capaz de lidar eficientemente com a otimização dos painéis que estão sujeitos a cargas de alta freqüência que tendem a amplificar deslocamentos dinâmicos restringidos, produzindo estruturas que satisfazem as restrições de deslocamento e de flambagem impostas. O pacote comercial ABAQUS foi empregado tanto para as análises dinâmicas como para as análises estáticas e de flambagem. Um código foi desenvolvido na linguagem PYTHON, compatível com o programa ABAQUS, que realiza as análises de sensibilidade com relação às variáveis de projeto e onde é implementado um módulo de otimização seqüencial aproximada (OSA), que torna a otimização tão eficiente quanto possível neste ambiente.

O presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma metodologia para o pré-dimensionamento de uma fuselagem de seção circular baseada em uma nova proposta de dimensionamento ótimo por critérios de estabilidade de painéis reforçados submetidos a esforços compressivos. Foi considerado o carregamento resultante de manobras no estudo visando obter a máxima tensão compressiva nos painéis da fuselagem, condição crítica para o dimensionamento pelos critérios adotados. A metodologia foi aplicada no pré-dimensionamento dos componentes estruturais básicos da fuselagem de uma aeronave executiva com configurações para 7 a 9 passageiros. Para testar a precisão da metodologia proposta e validá-la, foram construídos modelos de elementos finitos para a configuração geométrica obtida. A configuração geométrica ótima da estrutura obtida através da aplicação da metodologia proposta é bastante distinta das usualmente utilizadas na indústria aeronáutica atual. Esta configuração foi apresentada e sua validade discutida. A metodologia desenvolvida mostrou-se eficaz, apresentando resultados satisfatórios, com precisão adequada para uma ferramenta utilizada nas etapas iniciais do desenvolvimento.

Este trabalho tem como objetivo otimizar um painel reforçado de material compósito para cargas de colapso e crítica de flambagem especificadas inicialmente. O objetivo da otimização é a redução do peso do painel garantindo que estas cargas serão suportadas. Utilizou-se uma ferramenta de otimização linear (SOL200 - Nastran), e a estratégia utilizada para representar a região de pós-flambagem do painel é baseada em coeficientes de correção, oriundos de análises linear e não-linear realizadas a cada ciclo de otimização, que são aplicados nas restrições. Consideraram-se como restrições a carga crítica de flambagem, tensão de crippling e a falha de uma camada de fibra do painel. Por fim foi realizada uma análise dos resultados considerando variáveis contínuas e discretas e em ambos os casos conseguiu-se uma redução de peso considerável.

O presente trabalho objetiva avaliar o comportamento da solda por atrito, Friction Stir Welding (FSW), no regime de flambagem e de pós-flambagem quando esta é utilizada para unir os reforçadores em painéis aeronáuticos típicos. Para tal dois painéis aeronáuticos em alumínio equivalentes, um deles reforçado utilizando fixação por rebites e o segundo utilizando fixação por FSW foram simulados numericamente. A tecnologia FSW é um método de soldagem a frio por fricção desenvolvido pelo The Welding Institute, em 1991. A utilização deste método resulta em estruturas mais leves e mais simples comparadas ao tradicional processo de rebitagem, porém sem comprometer as propriedades mecânicas dos painéis como fazem os demais tipos de solda, já que não envolve fusão dos materiais a serem soldados. Os painéis foram modelados e simulados no software de elementos finitos ABAQUS através de análises não-lineares incluindo contanto entre as superfícies bem como falha e não-linearidade das propriedades dos materiais. Os resultados finais mostraram uma ligeira vantagem da tecnologia FSW em relação ao processo de rebitagem para os casos analisados.