Quando materiais compósitos são fabricados a altas temperaturas e posteriormente resfriados à temperatura ambiente, aparecem nos materiais tensões residuais térmicas. Este estado de tensões sempre persiste no material e pode influenciar significativamente nas propriedades elásticas e de resistência da estrutura. O presente trabalho tem como objetivo avaliar de forma experimental o efeito das tensões residuais térmicas nas propriedades elásticas de laminados simétricos reforçados. A pesquisa é focada na análise de placas quadradas de carbono/epóxi nas quais foram colados de forma simétrica reforçadores com diferentes geometrias (em forma de quadro, longitudinal e diagonal). Estes reforços foram colados seguindo duas metodologias diferentes. A primeira metodologia consistiu em colar os reforçadores nas placas à temperatura ambiente. A segunda metodologia consistiu em co-curar os reforçadores à temperatura de 177oC (cura). O trabalho experimental baseou-se na realização de ensaios de flexibilidade, vibração livre e flambagem. Para os ensaios de flexibilidade foi aplicada a técnica de topogrametria, a qual permite determinar com exatidão o valor dos deslocamentos fora do plano quando uma força estática transversal é aplicada. Nos ensaios de vibração livre, foram determinadas as freqüências naturais de vibração mediante o uso de um analisador de sinais dinâmicos. Já os testes de flambagem e pós-flambagem foram realizados aplicando uma força de compressão utilizando uma máquina universal de ensaios INSTRON. Os deslocamentos transversais produzidos pela aplicação do carregamento foram obtidos com auxílio da topogrametria. Todos os resultados experimentais foram comparados com resultados numéricos obtidos com auxílio do software comercial ABAQUS. Os resultados comprovam a influência das tensões térmicas residuais nas propriedades elásticas estudadas, assim como a influência da geometria do reforço utilizado na fabricação das placas.

A busca pelo projeto ótimo, do ponto de vista da minimização do peso estrutural, é sempre uma constante na vida de um projetista. Deste modo, com o auxílio da teoria de tração diagonal, é aqui proposta uma metodologia de análise preliminar do conjunto composto por caverna, reforçadores e revestimento para uma dada seção da fuselagem, onde a variação da distância entre cavernas, bem como a configuração de reforçadores e revestimento compatível ao dado espaçamento, proporcionam argumentos importantes à escolha do projeto final da seção de estudo. Este trabalho teve como ferramentas de auxílio: planilha desenvolvida em programa Excel, para a análise dos elementos estruturais com relação às cargas externas e, modelo de elementos finitos para a análise das tensões provenientes da pressurização no conjunto de estudo e para a análise das tensões nas cavernas advindas da inércia dos passageiros. Vale salientar que a metodologia aqui apresentada é válida somente para o trecho da fuselagem de seção constante. A configuração estrutural final é somente aplicável para a região da estação de estudo escolhida e não para a fuselagem toda.

O presente trabalho reúne elementos para o projeto da caverna de pressão traseira de uma aeronave regional, propondo soluções que atendam aos requisitos de certificação, aos requisitos de projeto e aos requisitos do operador. A preocupação do texto está centrada na análise de fadiga, tolerância ao dano e na análise dos rebites, através de modelos matemáticos e computacionais. O texto apresenta resultados de análises computacionais realizadas através do Patran/Nastran, software de análise pelo método de Elementos Finitos. O trabalho começa com uma avaliação dos requisitos de certificação e dos requisitos de operação da aeronave. Em seguida, são definidas as metodologias utilizadas para o projeto e análise da caverna. Na continuação do trabalho, são apresentados os resultados, como a escolha do material e dos rebites. A configuração escolhida ée a caverna de pressão semi-esférica, devido ao fato de ser possível otimizar o peso e o espaço disponível, mantendo uma distribuição de tensões praticamente uniforme. Além da definição do tipo da caverna de pressão, são definidas também a posição e inclinação da caverna em relação à vertical. Após as definições iniciais, são feitas análises de rebites, de concentração de tensão, análise estáticas, de fadiga e tolerância ao dano. Os efeitos do número de fileira e do diâmetro do rebite sobre a distribuição de tensões e sobre a vida em fadiga são avaliados. Além disso, a caverna de pressão traseira atendeu a todos os requisitos de tolerância ao dano sem a presença de partições, presentes na maioria das cavernas de pressão atualmente.

A instabilidade de placas laminadas se tornou um problema de grande importância no projeto de estruturas leves e seguras. Desta forma, o estudo de métodos e o desenvolvimento de programas computacionais para a obtenção de cargas críticas de flambagem neste tipo de estrutura são muito úteis. Este trabalho apresenta o estudo da aplicação da série trigonométrica de duplo seno na obtenção de cargas críticas de laminados retangulares simétricos, com os bordos simplesmente apoiados, baseado nas hipóteses de Kirchhoff, utilizando o método de Rayleigh-Ritz. Um programa computacional no Matlab 6.5 foi desenvolvido e validado por comparação com resultados encontrados na literatura. Em seguida, comparou-se os resultados do programa com os resultados obtidos pelo método dos elementos finitos utilizando-se o Nastran. Verificou-se que a série de duplo seno não ée adequada para a solução de laminados altamente anisotrópicos.

Materiais compósitos avançados, que consistem basicamente de fibras de alta resistência e rigidez embebidas em um material matriz, têm revolucionado projetos de aeronaves, pois permitem significante economia de peso e conseqüente ganho de performance. Esses materiais são geralmente empregados na forma de placas laminadas, produzidas pela junção de várias camadas de material compósito, variando-se a orientação das fibras. Desta forma ée possível obter-se um componente estrutural com resistência e rigidez adequadas em cada direção, atendendo mais eficientemente às solicitações de serviço. Neste trabalho são estudadas soluções analíticas para flambagem de placas laminadas retangulares simplesmente apoiadas, submetidas a carregamento biaxial. São apresentados estudos paramétricos e comparações entre cargas de flambagem obtidas com a teoria clássica e a teoria de primeira ordem. A teoria clássica superestima cargas de flambagem e os erros resultantes são significativos em placas espessas. Os maiores erros encontrados aproximam-se de 100% para placas com a razão largura / espessura igual a 10 e baixos módulos de cisalhamento transversal, considerados infinitos pela teoria clássica.

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.

Barras de torção são largamente utilizadas para diversas necessidades na indústria aeronáutica, tais como sistemas de comando de vôo, contrabalanceamento de portas diversas. Desse modo, ée apresentada uma metodologia que visa fornecer uma estimativa inicial das dimensões dessa barra. Essa metodologia ée baseada em três conceitos comuns para qualquer projeto de barra de torção: balanceamento, onde a barra de torção deve promover certa resistência a uma carga aplicada (no estudo de caso, a abertura de uma porta de passageiros); fadiga, baseada nas propriedades dos materiais estudados, bem como suas curvas de fadiga, fornecidas pela norma MMPDS-01; e, por último, margem de segurança, de modo que haja tensões em níveis satisfatórios, em relação às tensões de escoamento dos materiais estudados. Assim, obtém-se uma estimativa pré-otimizada das dimensões da barra de torção (diâmetro e comprimento) para qualquer material, visando a atender os requisitos necessários. Para a decisão final da melhor barra estimada, são estabelecidos critérios, novamente atendendo às necessidades de cada projeto, tais como peso, custo, entre outros. Com os valores estimados, ée feito o refinamento da mesma, utilizando método dos elementos finitos e ensaios. De modo geral, a metodologia visa dar essa estimativa inicial de forma que não sejam necessárias inúmeras novas iterações no projeto, reduzindo o tempo de projeto e manufatura.

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.