Este trabalho apresenta o elemento finito SNDTH1, plano, triangular (3 nós e 6 graus de liberdade por nós), baseado em um modelo híbrido de tensões, e destinado à análise de placas e cascas sanduíche com recheio ortotrópico e faces constituídas de laminados anisotrópicos. Vários casos, de estruturas sujeitas à flexão ou a carregamento no plano, são analisados, com o objetivo de comparar os deslocamentos e esforços obtidos pelo uso do elemento SNDTH1 com soluções exatas e com elementos similares encontrados na literatura afim.

No presente trabalho é desenvolvida uma ferramenta computacional para solução de problemas de mudança de fase sólido-líquido através da técnica de elementos finitos. Esta ferramenta permite uma abordagem integral do problema, desde a geração da malha computacional sobre o domínio de cálculo, a montagem da formulação de elementos finitos e solução do sistema algébrico resultante, até o pós-processamento gráfico dos resultados. O programa se propõe a resolver qualquer geometria bidimensional, para qualquer material de mudança de fase, sujeitos a condições iniciais e de contorno (temperatura, fluxo de calor e convecção) arbitrárias. O problema de mudança de fase é suposto controlado por condução e é adotada a formulação entálpica da equação da energia. Várias técnicas de ponderação do gradiente de entalpia em relação à temperatura são implementadas e comparadas. São analisadas as influências de parâmetros como refinamento da malha e intervalo de tempo na solução transiente sobre a precisão dos resultados.

Este trabalho apresenta a analise modal de uma estrutura composta por um motor foguete a propelente solido acoplado a um satelite por um cone de acoplamento. O envelope do motor e constituido por um vaso de pressao, com selante de borracha, bobinado com fibra de aramida e resina epoxi. Foi utilizada a concepcao isotensoidal para a determinacao da geometria de seus doisdomos de fechamento. A analise teorica, com a extracao dos modos e das frequencias naturais da estrutura, e realizada pelo metodo dos elementos finitos. Os resultados teoricos sao confrontados com os resultados da analise modal experimental da estrutura real, onde saocomentadas as consideracoes realizadas no modelamento teorico, assimcomo as possiveis fontes de erro nos resultados. No geral foi obtidauma boa correlacao entre os resultados experimentais e os teoricos. Utilizando-se os fatores de amortecimento obtidos experimentalmente e os resultados teoricos, foi possivel avaliar a influencia do propelente no comportamento da estrutura analisada. Na analise dos resultados sao ressaltadas as consequencias de suas baixas propriedades de rigidez e de seu elevado amortecimento, com relacao ao restante da estrutura.

Determinação do fator intensidade de tensões numa casca cilíndrica com trinca longitudinal, considerando a Mecânica da fratura linear elástica e utilizando o método de Elementos Finitos. Na extremidade da trinca foi utilizado um elemento distorcido (quarter-point element) retangular.

Este trabalho tem como objetivo o estudo da fronteira de estabilidade aeroelástica de painéis aeronáuticos, curvos ou planos, sujeitos ao efeito de enrijecimento provocado pelo atuador piezoelétrico (PZT). Empregou-se o Princípio de Hamilton para a obtenção das equações de equilíbrio e das condições de contorno do problema. O método dos elementos finitos foi empregado para a solução das equações. Consideraram-se painéis manufaturados em material composto (boro-epóxi) ou em material convencional (alumínio 2024-T3) e duas camadas de material piezoelétrico (PZT-5A), uma na face superior e outra na face inferior da placa. Aplicou-se voltagem no atuador piezoelétrico e determinou-se a pressão dinâmica correspondente à condição de ocorrência de flutter da estrutura. A análise foi estendida para várias configurações do painel, onde foram investigados: a variação do alongamento da placa, o efeito da curvatura, a influência do ângulo de laminação da placa, a influência das condições de contorno, o efeito da voltagem inversa e o efeito da variação de espessura do painel. O estudo mostrou que a tensão mecânica induzida pelo efeito piezoelétrico aumenta a velocidade de ocorrência do flutter, estabilizando a placa. Este enrijecimento da estrutura está relacionado à voltagem aplicada nos atuadores e aos parâmetros geométricos da placa. Desta forma, pode-se controlar a velocidade de ocorrência de flutter através do controle da voltagem aplicada e no projeto adequado das propriedades geométricas do painel.

Este trabalho apresenta uma investigação numérica sobre o comportamento rotodinâmico do conjunto rotativo de uma turbina aeronáutica de 5 kN de empuxo. Além da caracterização de dinâmica de rotores, várias análises de integridade estrutural foram realizadas nos principais componentes mecânicos da turbina aeronáutica a fim de assegurar um funcionamento livre de falhas. O eixo do conjunto rotativo é sustentado por um mancal dianteiro composto por um rolamento de esferas do tipo deep groove e, também, por um mancal traseiro do tipo squeeze film damper. Ambos os mancais foram projetados de modo a conferir apropriadas características de rigidez e amortecimento ao conjunto rotativo. Três folgas radiais para o squeeze film damper foram analisadas a fim de se definir a melhor configuração do mancal traseiro, levando-se em consideração todo o restante da máquina rotativa. Foi observado que a folga radial do squeeze film damper e a viscosidade do óleo de lubrificação afetam fortemente o desempenho do mancal traseiro. O comportamento rotodinâmico do conjunto rotativo foi caracterizado em função dos coeficientes dinâmicos de rigidez e amortecimento dos mancais. Problemas de vibração no conjunto rotativo foram evitados e os desenhos dos principais componentes mecânicos da turbina aeronáutica foram liberados para a fabricação.

O objetivo deste trabalho é caracterizar o modo de falha de juntas fabricadas com laminados de material compósito sujeitos a cargas de impacto de baixa energia, através de um modelo em software de elementos finitos Abaqus/Explicit. As juntas em compósitos foram fabricadas por três tipos de processo: colagem, rebitagem e soldagem. Dados experimentais foram coletados no laboratório de ensaios estruturais do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) através do impacto de corpos de provas (cdps) utilizando a Torre de Impacto em queda livre (Drop Test Tower - DTT). Nestes testes foi possível verificar a força de impacto e a energia dissipada em função do tempo para cada um dos três tipos de juntas. Na simulação de elementos finitos foram utilizados dois modelos de danos para atender as condições reais de impacto, resultando em uma boa aproximação entre as curvas teóricas e experimentais de força de impacto e energia dissipada, e assim caracterizar o modo de falha para cada tipo de junta.

This work presents a study on aeroelastic analyses of composite laminated flat plates subject to large displacements through the coupling of a nonlinear corotational shell finite element (FE) with an unsteady vortex-lattice method (UVLM) formulation. A FE implemented for the analysis of flat plates has been extended to model laminated composites with different lamina orientations. An UVLM formulation that is capable of coupling with this large displacement structural model is implemented. An explicit partitioned method is evaluated for the coupling of both models, using spline functions to interpolate information from the structural operator to the aerodynamic one, inside a Generalized-? time-marching solution. The resulting aeroelastic formulation provides a framework able of performing time marching simulation of structures made of composite material allowing the characterization of their nonlinear behavior and of the limit-cycle oscillation response. Laminated flat plates designed for high flexibility and low flutter speed onset are used as investigation models. To support the numerical studies, test specimens made of carbon fiber were used in experimental modal analysis and wind tunnel aeroelastic tests. Effects of nonlinearities are easily observed in the numerical results, which are promising for expansion of the work and application to the analysis of more refined and complex composite flexible wings.

Neste trabalho, são investigados os efeitos de condução e convecção de calor na seção transversal de um coletor solar plano, utilizando as abordagens de transferência de calor bidimensional desacoplada e conjugada. Através de um código comercial, baseado no método numérico de elementos finitos, realizou-se uma solução numérica das equações governantes para determinar as trocas de calor no coletor. Com os resultados obtidos pela abordagem conjugada, que considera a condução no sólido e a convecção no fluido de forma acoplada em um único domínio, verificou-se que o coeficiente de convecção e o número de Nusselt variam localmente, devido a distribuição de temperatura não uniforme na superfície interna do tubo. Entretanto, os valores médios desses parâmetros apresentaram boa concordância com os valores encontrados na literatura, validando assim a hipótese de coeficiente de convecção prescrito e uniforme utilizado pela abordagem desacoplada. Por fim, os resultados numéricos obtidos pela formulação bidimensional desacoplada foram comparados com os da formulação analítica unidimensional normalmente utilizada no projeto de coletores solares. Essa comparação tem como objetivo verificar em que faixa dos parâmetros adimensionais do problema, a formulação unidimensional apresenta as maiores diferenças para a determinação das taxas de calor trocada no coletor. As simulações foram realizadas para regime permanente, convecção forçada em escoamento laminar desenvolvido de um fluido Newtoniano e considerando que as propriedades do sólido e do fluido não variam com a temperatura.

Uma formulação co-rotacional é utilizada no desenvolvimento de dois modelos consistentes de elementos finitos para pórticos planos sob pequenas deformações mas grandes rotações. Ambos se baseiam na teoria de viga de Euler-Bernoulli, mas diferenciam-se quanto ao uso da relação deformação-deslocamento no sistema local de eixos: um considera pequenas rotações enquanto o outro considera rotações moderadas. Um terceiro modelo não consistente, normalmente utilizado na literatura, é incluído no trabalho. Cinco exemplos ilustram a precisão dos resultados numéricos obtidos e comparam os três modelos entre si.