Um dos principais problemas que o Método de Elementos de Contorno (MEC) apresenta encontra-se na avaliação de integrais singulares e quase-singulares que envolvem as soluções fundamentais de Kelvin em deslocamento e força. O processo de integração numérica em MEC tem sido o objetivo de inúmeras pesquisas, pois dele depende a qualidade das respostas quando se deseja obter uma excelente precisão numérica em uma análise. Este trabalho apresenta uma nova proposta de integração numérica para análise tridimensional com MEC. Esta técnica possui três características importantes. A primeira é a determinação da parcela efetiva de singularidade que ocorre na função raio, distância entre o ponto fonte e o elemento de contorno bidimensional. A correta obtenção desta parcela permite representar sem aproximações o comportamento da singularidade da função raio, que é a verdadeira fonte de singularidade e quase-singularidade nas soluções fundamentais. A segunda característica da técnica proposta é que ela baseia-se em um Método Semi-Analítico de avaliação de integrais, onde, para cada parcela efetiva de singularidade, utiliza-se uma quadratura numérica cujos pesos específicos são calculados analiticamente. A terceira característica da técnica proposta é apresentar um tratamento unificado para todos os tipos de integrais singulares, quasesingulares e regulares. Esta técnica foi implementada na plataforma computacional desenvolvida pelo grupo GoBEM, utilizando o conceito de Programação Orientada a Objetos através da Linguagem de programação Java. Com a implementação da nova técnica de integração na plataforma computacional torna-se possível realizar o desenvolvimento de vários tipos de pesquisa sobre análise tridimensional com o MEC como, por exemplo: visualização de isosuperfícies em análise tridimensional sem discretização do domínio, automatização do cálculo elasto-plástico, modelagem de problemas geotécnicos de forma precisa, etc. Para a validação da técnica proposta três procedimentos foram considerados: análise da eficiência da parcela efetiva de singularidade, testes de convergência da integração numérica específica e exemplos numéricos utilizando o MEC em problemas de engenharia. / One of the main problems with the Boundary Elements Method (BEM) is the evaluation of singular and quasi-singular integrals due to the Kelvin\'s Fundamental Solutions in displacement and traction. Today there is an increasing body of research work that focuses on numerical evaluation of BEM integrals, for this is a crucial issue in order to achieve highly accurate results. This work presents an innovative numerical integration procedure for threedimensional analysis with BEMs. The proposed technique encompasses three important features. First, it corresponds to an accurate representation of the effective term of singularity in the radius function, which measures the distance between the source point and a twodimensional boundary element. The correct evaluation of this term leads without approximation to the actual singularity behavior of the radius function, which is the true source of singularity and quasi-singularity in the fundamental solutions. Second, the proposed technique is based on a semi-analytical procedure, i.e, for each singularity effective term it uses a quadrature scheme with specific weights analytically evaluated. Last, the proposed technique represents a unified procedure to singular, quasi-singular and regular integrals. This technique was implemented in the computational platform developed by the group GoBEM, using Object Oriented Programming and the Java programming language. The implementation of the proposed technique into this computational plataform opens new possibilities for future researches on three-dimensional BEM, e.g.: visualization of isosurfaces in three-dimensional analysis without any domain discretization, automatic elasto-plastic analysis, accurate modeling of geomechanical problems, etc. Validation of the proposed technique was carried out using three procedures: efficiency analysis of the singularity effective term, convergence tests for the specific numerical integration and numerical examples using BEM in engineering problems.

Um dos principais problemas que o Método de Elementos de Contorno (MEC) apresenta encontra-se na avaliação de integrais singulares e quase-singulares que envolvem as soluções fundamentais de Kelvin em deslocamento e força. O processo de integração numérica em MEC tem sido o objetivo de inúmeras pesquisas, pois dele depende a qualidade das respostas quando se deseja obter uma excelente precisão numérica em uma análise. Este trabalho apresenta uma nova proposta de integração numérica para análise tridimensional com MEC. Esta técnica possui três características importantes. A primeira é a determinação da parcela efetiva de singularidade que ocorre na função raio, distância entre o ponto fonte e o elemento de contorno bidimensional. A correta obtenção desta parcela permite representar sem aproximações o comportamento da singularidade da função raio, que é a verdadeira fonte de singularidade e quase-singularidade nas soluções fundamentais. A segunda característica da técnica proposta é que ela baseia-se em um Método Semi-Analítico de avaliação de integrais, onde, para cada parcela efetiva de singularidade, utiliza-se uma quadratura numérica cujos pesos específicos são calculados analiticamente. A terceira característica da técnica proposta é apresentar um tratamento unificado para todos os tipos de integrais singulares, quasesingulares e regulares. Esta técnica foi implementada na plataforma computacional desenvolvida pelo grupo GoBEM, utilizando o conceito de Programação Orientada a Objetos através da Linguagem de programação Java. Com a implementação da nova técnica de integração na plataforma computacional torna-se possível realizar o desenvolvimento de vários tipos de pesquisa sobre análise tridimensional com o MEC como, por exemplo: visualização de isosuperfícies em análise tridimensional sem discretização do domínio, automatização do cálculo elasto-plástico, modelagem de problemas geotécnicos de forma precisa, etc. Para a validação da técnica proposta três procedimentos foram considerados: análise da eficiência da parcela efetiva de singularidade, testes de convergência da integração numérica específica e exemplos numéricos utilizando o MEC em problemas de engenharia. / One of the main problems with the Boundary Elements Method (BEM) is the evaluation of singular and quasi-singular integrals due to the Kelvin\'s Fundamental Solutions in displacement and traction. Today there is an increasing body of research work that focuses on numerical evaluation of BEM integrals, for this is a crucial issue in order to achieve highly accurate results. This work presents an innovative numerical integration procedure for threedimensional analysis with BEMs. The proposed technique encompasses three important features. First, it corresponds to an accurate representation of the effective term of singularity in the radius function, which measures the distance between the source point and a twodimensional boundary element. The correct evaluation of this term leads without approximation to the actual singularity behavior of the radius function, which is the true source of singularity and quasi-singularity in the fundamental solutions. Second, the proposed technique is based on a semi-analytical procedure, i.e, for each singularity effective term it uses a quadrature scheme with specific weights analytically evaluated. Last, the proposed technique represents a unified procedure to singular, quasi-singular and regular integrals. This technique was implemented in the computational platform developed by the group GoBEM, using Object Oriented Programming and the Java programming language. The implementation of the proposed technique into this computational plataform opens new possibilities for future researches on three-dimensional BEM, e.g.: visualization of isosurfaces in three-dimensional analysis without any domain discretization, automatic elasto-plastic analysis, accurate modeling of geomechanical problems, etc. Validation of the proposed technique was carried out using three procedures: efficiency analysis of the singularity effective term, convergence tests for the specific numerical integration and numerical examples using BEM in engineering problems.

The high specific strength and stiffness of composite materials, as well as the possibility of creating a load-adapted property profile of them are ideally suited for the design of high-speed lightweight rotors. With respect to a load-adapted reinforcement structure of composite rotors, the rotor geometry has a significant influence on the optimum fibre orientation. In the case of conical rotors—the structural behaviour is strongly influenced by centrifugally induced bending effects in the rotor structure, which cause complex three-dimensional stress states in combination with the ordinary tangential and radial stresses. For analysis of the resulting complex stress states, an analytical method has been developed and verified numerically as well as experimentally. The novel method presented here is the basis for a realistic failure analysis and, in particular, serves as an efficient tool for extensive parameter studies and optimizations within the design process.

[pt] Apresentam-se as implementações em um programa tridimensional não-linear pelo método dos elementos finitos de análise mecanística de pavimentos flexíveis através do método racional de dimensionamento. Os materiais geotécnicos das diversas camadas que compõem a estrutura do pavimento estão caracterizados através de módulos resilientes, dependentes do estado de tensões atuantes. A influência do carregamento gerado por rodas múltiplas nos campos de tensão e deslocamentos são investigados. Comparações são feitas entre os resultados obtidos nas análises tridimensionais, lineares e não-lineares, com aqueles determinados através de diversos programas computacionais baseados em geral nas hipóteses de axissimetria (carregamento por roda única) e linearidade do meio elástico. Uma aplicação prática é apresentada, considerando-se o pré-dimensionamento de trecho da estrada peruana Iquitos-Nauta. Para determinação de algumas propriedades dos materiais deste pavimento, ensaios específicos foram realizados no Laboratório de Mecânica dos Pavimentos da COPPE/UFRJ. / [en] This work presents the implementation of a non-linear three- dimensional finite element program for the analysis of flexible pavement (highway and runway pavements) through a mechanistic design method. Geotechnical materials of each pavement layer are modeled considering the variable resilient formulation dependent on the actual stress state. The influence of multiple wheel loadings on the displacement and stress fields are also considered and fully investigated. Three-dimensional results of both linear and non-linear analysis are compared with those obtained through several computer programs considering the usual hypotheses of traditional pavement design such as axissymetric loadings (one wheel), linearity of elastic media, etc. An illustrative example is also presented, considering the preliminary design of the Peruvian road between Iquitos-Nauta through the mechanistic method herein introduced. Some of the soil properties related to this application have been determined through specific tests carried out at the COPPE/UFRJ Pavement Laboratory. / [es] Se presentan la implementación del análisis mecánico de pavimentos flexibles a través del método racional de dimensionamento. La implementación fue efectuada a través de un programa tridimensional no lineal por el método de los elementos finitos. Los materiales geotécnicos de los diversos estratos que componen la extructura del pavimento están caracterizados a través de módulos resilientes, dependientes del estado de tensiones actuantes. Se investigan la influencia de la carga generada por ruedas múltiples en los campos de tensión y los desplazamientos, comparando los resultados obtenidos en el análisis tridimensional, lineal y no lineal, con los determinados a través de diversos programas computacionales basados en en las hipóteses de axisimetría (carga por rueda única) y linealidad del medio elástico. Se presenta una aplicación práctica, considerando el predimensionamento de un trecho de la carretera peruana Iquitos-Nauta. Para la determinación de algunas propriedades de los materiales de este pavimento, se realizaron ensayos específicos en el Laboratorio de Mecánica de los Pavimentos de la COPPE/UFRJ.