No presente trabalho, implementamos a metodologia de programação ótima no ante-projeto de painel multicamada reforçado para aplicação em estruturas aeronáuticas através da criação do sistema PNOPT - "Otimização de Painéis". O painel reforçado poderá estar submetido a carregamentos de compressão e cisalhamento no plano, alem de carregamento uniforme distribuído sobre a superfície do revestimento. O sistema é capaz de manipular um grande numero de variáveis, sendo ao mesmo tempo portátil (compatível com microcomputadores), modular e de simples manutenção. O procedimento de projeto ótimo de painel é baseado em técnicas de programação matemática não-linear nas quais requisitos de flambagem, resistência, flexão e características geometrias são levados em consideração através de restrições de desigualdade. As variáveis de projeto são a largura e a espessura das camadas do laminado de cada membro da seção transversal do painel. O objetivo é obter projetos de peso mínimo para um dado conjunto de carregamentos, dimensões em planta do painel de deflexão máxima fora do plano do painel. Como otimizador, utilizamos o "ADS" - "Automated Design Synthesis" [15] - com a opção de Aproximação Convexa Seqüencial.

No presente trabalho, sao discutidos certos aspectos doescoamento em maquinas de fluxo axiais, com enfase no problema dedimensionamento. Na primeira parte, e feita uma analise simplificadados parametros otimos de funcionamento de um estagio rotor-estator. Introduz-se os conceitos de "potenciais de perdas" hidraulicas e pordifusao, cuja minimizacao indica tendencias de se obter faixasperdas hidraulicas e de pressao, respectivamente. Verifica-se que aminimizacao do potencial de perdas hidraulicas nem sempre conduz aestagios efetivos na producao de pressao estatica, o que nao ocorrecom a minimizacao do potencial de perdas por difusao. Essa ultima,alem disso, possibilita uma reproducao analítica dos Diagramas deCordier em boa concordancia com dados nominais de bombas eventiladores bem projetados. Na segunda parte, apresenta-se umametodologia para analise do escoamento em grades lineares de perfisaerodinamicos. Com base no metodo dos paineis, desenvolve-se umatecnica numerica efetiva para analise do escoamento potencial. A tecnica e aferida para se obter bons resultados com numeromoderado de paineis. Em seguida, ela e aplicada sistematicamente nocaso de grades de perfis da serie NACA 65, para as quais estaodisponiveis dados experimentais confiaveis. Em funcao disso, ehproposta uma correlacao empirica, permitindo definir um ajuste nadistribuicao de pressoes (conforme Gostelow) e no angulo de deflexaodo escoamento, com resultados mais realistas que os potenciais(segundo a condicao de Kutta). Finalmente, a metodologia e aplicada em casos de projeto de rotores de maquinas de fluxo axiais, visandoatender ao criterio de coeficiente de pressao minimo prescrito sobreas pas.

Structural members, such as, stiffeners are applied to aeronautical structures in order to promote the necessary global or local dynamic stiffness. The manufacture and assembly process of these parts and machines capability can introduce variability in the parts and thereby incorporating uncertainties in the structural performance. Tolerances known as GD&T (Geometrical dimensioning and Tolerance), must be specified for several dimensions during the engineering design, in order to enable the manufacture of the structure. In the same way, some material properties have variability, when different suppliers are involved. Thus, the uncertainties must be incorporated into the structural analysis in order to obtain a more reliable design. Therefore, the present thesis applies the SFEM to incorporate these uncertainties in a typical structural member and panel applied in the aeronautical industry. The approach used was Perturbation Technique using Taylor series expansions to incorporate the uncertainties in the structural members typically used in aircraft. Natural frequencies, frequency response functions and modal analysis are studied in order to understand the consequences of these uncertainties in a beam with hat and "Z" section normally applied as an aircraft panel stiffener. The stiffeners were modeled considering the Timoshenko Theory in Matlab software. Sensitivity analyses were applied for the correct interpretations and trends of the top contributors. Also an aircraft panel was performed using Nastran and Matlab software together to incorporate these uncertainties on the modal analysis. Final conclusions and issues of implementation and applicability are performed using MCS as a validation model for the stiffeners and the total range variation for the aircraft panel.

O presente trabalho descreve análises numéricas e experimentais do comportamento estrutural de painéis laminados no regime de pós-flambagem. O objetivo e principal contribuição original deste trabalho é o desenvolvimento de metodologias de análise para o projeto de painéis reforçados de materiais compósitos para aplicações aeronáuticas. Um conjunto de painéis laminados reforçados foi testado estaticamente em compressão pura e flexão em sete pontos até a falha catastrófica para caracterizar a influencia da imperfeição na colagem da interface painel-reforçador na delaminação desta interface no regime de pós-flambagem. Uma análise numérica do painel reforçado que considera não linearidade geométrica e do material foi desenvolvida e validada para os diferentes casos de imperfeição na interface. O modelo de dano é baseado na Mecânica de Dano do Continuo combinado com uma lógica de contato. O modelo foi implementado no software ABAQUS com um procedimento de análise via relaxação dinâmica. Este trabalho também apresenta estudo numérico-experimental detalhado da variação das frequencias naturais e modos de vibração de um painel plano de alumínio sujeito a carregamento compressivo no regime de pré e pós-flambagem. Uma metodologia experimental robusta via caracterização da matriz de flexibilidade do sistema é proposta e validada. Diversos modelos de elementos finitos com diferentes metodologias de solução foram desenvolvidos e comparados com os resultados experimentais. Não linearidade geométrica, imperfeição geométrica e efeitos de condições de contorno também são tratados. Embora o estudo dinâmico no regime da pós-flambagem, seja baseado numa placa de alumínio, a metodologia numérico-experimental desenvolvida e validada é bastante geral e pode ser aplicada da mesma maneira para painéis de materiais compósitos.

O presente trabalho trata da modelagem de sistemas ativos de abertura de painéis solares. Utilizou-se a plataforma do satélite CBERS como base para as simulações. O processo de modelagem foi integralmente feito no software de simulação de sistemas mecânicos ADAMS, versões 9.1 e 10.0. Atualmente, o sistema de abertura dos painéis solares do satélite CBERS é passivo, podendo ser comprometida a segurança de componentes da asa do satélite, devido ao impacto produzido no instante do travamento na posição aberta. Este trabalho procurou fornecer informações básicas a respeito de alguns dispositivos que poderiam ser utilizados para a realização do controle ativo da abertura. Procurou-se neste trabalho, limitar-se a fornecer valores de torques necessários a um motor elétrico, de forma que este possa ser selecionado e dimensionado. Durante este processo, foram considerados várias configurações e cenários de operação do sistema, tais como o uso ou não de redutores de velocidade, motores redundantes, e alguns casos críticos em que o valor do atrito nos mancais dos painéis fosse duas vezes maior do que o esperado. Propõe-se uma alternativa de uso de um motor, de forma que o torque exigido deste fosse o menor possível, dentro dos limites de tempo e velocidade final de abertura. Neste trabalho, estudou-se também o efeito da flexibilidade dos cabos de aço do mecanismo de sincronismo no movimento de abertura dos painéis.

A demanda por energia elétrica nos últimos anos tem crescido a ritmos constantes. Países em desenvolvimento como a China e a Índia estão apresentando taxas de aumento de consumo de energia elétrica na faixa de 5% a 5,5% anuais, o que faz com que parte deste aumento de consumo seja fornecida através de uma geração com menor emissão de carbono. A energia eólica, por sua vez, é uma das formas de geração que apresenta um dos preços mais altos da energia. Por outro lado, diversos outros desafios se apresentam para que a energia eólica seja utilizada em larga escala e a sua implantação exige altos níveis de cooperação com entidades de proteção do meio-ambiente e governos locais de modo que sua operação seja rentável. O método da quantidade de movimento do elemento de pá (Blade Element Momentum Theory) se baseia no fato de que a variação da quantidade de movimento imposta a um anel do rotor é igual à força que o vento exerce sobre este elemento de pá. Esta aproximação simples, inicialmente concebida por Prandtl e Glauert, deve ser corrigida para diversos fenômenos, como as perdas originadas por arrasto induzido na ponta da pá, a rotação da esteira, o ângulo de inclinação entre o rotor e o vento incidente e demais fatores. Apesar dessas desvantagens, este trabalho mostra que o método do momentum do elemento de pá é uma boa forma de se obter mais rapidamente estimativas que levariam muito tempo de ser avaliadas caso fossem obtidas em um programa computacional comercial de mecânica dos fluidos. O objetivo deste trabalho é a análise e a seleção de uma pá eólica ótima, em estágio de projeto preliminar, utilizando o método do momentum do elemento de pá na sua forma em uma equação. Para tal, foram utilizadas rotinas computacionais menos onerosas que os tradicionais métodos de dinâmica dos fluidos computacional. O tipo de rotina numérica que mais se adequa à geração de parâmetros aerodinâmicos de um perfil é o método dos painéis. O método dos painéis e o método da quantidade de movimento do elemento de pá foram utilizados para se obter maiores coeficientes de potência (o coeficiente de potência CP é a relação entre a energia extraída do fluido e a energia disponível do fluido que passa por um rotor de turbina) de uma pá em um regime de operação pré-determinado.

Propõem-se uma solução exata e outra aproximada para o problema de valor de contorno que descreve a flambagem linear de painéis cilíndricos circulares axialmente comprimidos com reforçadores nas bordas retas. As condições de contorno diferem das condições clássicas de apoios simples, comumente admitidas em projeto, pelo fato de considerarem a torção resistida pelos reforçadores. As equações linearizadas de Donnell, desprezando a flexão antes da flambagem, são empregadas. As soluções exata e aproximada derivam-se dos métodos de Lévy e Galerkin, respectivamente.

O estudo de modelos matemáticos para o cálculo de desempenho de rotores, que começou no início do século 20 e se desenvolveu até meados daquele século, com Theodorsen, estagnou-se a partir da década de 1950, quando o uso de turboreatores se difundiu na propulsão aeronáutica. Recentemente a necessidade de desenvolvimento de sistemas propulsivos de alta eficiência para aeronaves de asas fixas e rotativas motiva um estudo mais detalhado sobre a aerodinâmica de rotores. As ferramentas utilizadas para projeto e análise de hélices, entretanto, ainda datam de décadas atrás. O presente estudo visa a comparar dois métodos de análise aerodinâmica de rotores. O primeiro é a formulação clássica da teoria do elemento de pá desenvolvida por Theodorsen. O segundo é um código baseado num método de singularidades tridimensional, segundo a formulação de Morino. Neste trabalho é desenvolvido um código de painéis tridimensional não estacionário de baixa-ordem, com distribuições constantes de dipolo e fonte sobre painéis quadrilaterais ou triangulares. O código é não-estacionário, e possui um algoritmo de relaxação da esteira livre no tempo, e dispõe de um método integral para cálculo de camada-limite e forças viscosas sobre a superfície dos painéis. O código também utiliza o recurso de processamento paralelo para acelerar a montagem das matrizes de coeficientes de influência e os cálculos de relaxação da esteira. Dois estudos de caso são feitos, simulando experimentos com rotores através dos dois métodos supracitados, e os resultados são comparados com dados experimentais encontrados na literatura. Dois outros estudos de caso são realizados para explorar a capacidade do método de painéis em modelar interferência entre o rotor e outras superfícies e condições de operação impossíveis de simular pela teoria clássica. Os resultados são analisados detalhadamente, e as vantagens e limitações de cada formulação são destacadas.

O objetivo deste trabalho é investigar um modelo de elementos finitos baseado no programa computacional ABAQUS para avaliar tensões em painéis reforçados colados submetidos a cargas de compressão. Pretende-se acessar não somente as tensões no revestimento e reforçadores, mas principalmente observar o comportamento do adesivo estrutural. O modelo proposto nesta análise foi capaz de apresentar bons resultados quanto à previsão de carga de flambagem teórica, comparada com o modelo de elementos finitos (MEF). Foi possível avaliar a carga de flambagem do painel e reforçadores, bem como a carga do início da degradação do adesivo e sua posterior falha. Ensaios experimentais são necessários para verificar a aderência dos resultados à realidade. Além disso, pesquisas devem ser realizadas em torno de critérios de falha do adesivo.

Esta dissertação teve como objetivo principal investigar a influência, no comportamento de escolha de linha de passageiros de ônibus, de painéis eletrônicos em pontos de parada com informação em tempo real sobre previsões para passagem dos veículos. Para a coleta de dados, um experimento de escolha declarada com desenho eficiente foi aplicado a uma amostra de 1179 entrevistados residentes na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) e pertencentes à comunidade da Universidade de São Paulo. Em cada situação de escolha foram apresentadas duas linhas diferentes de ônibus que chegariam ao mesmo destino, mas não passavam pelo mesmo ponto, de modo que a escolha a ser feita era entre uma ou outra combinação de linha e ponto. Adicionalmente, apenas um dos pontos tinha painel eletrônico. As alternativas também se diferenciavam pelos seguintes atributos: intervalo de tempo programado para a passagem de veículos consecutivos da mesma linha; possível atraso em relação ao intervalo programado; tempo de viagem dentro do veículo até o destino; ocupação do veículo quando chega ao ponto; e valor da tarifa. Na amostra predominaram jovens com até 25 anos (64% da amostra), homens (60%), usuários frequentes de ônibus (80%), estudantes (81%) e entrevistados com pelo menos um automóvel no domicílio (76%). A partir das respostas ao experimento foram estimados modelos de escolha discreta Mixed Logit Panel, de modo a mensurar a importância relativa de cada atributo na decisão e também medir a variabilidade das preferências entre os entrevistados. Os resultados indicam que a presença do painel no ponto de ônibus tem, sim, influência sobre a escolha da linha. Os entrevistados estariam dispostos a pagar em média, pela presença de painel, R$0,12 adicionais, equivalentes a 5 minutos de viagem. Verificou-se também que a existência de painel no ponto diminui a desutilidade marginal da espera, e isto ocorre com mais intensidade quando ela está associada ao atraso do que quando está associada ao intervalo programado entre veículos. O valor médio do tempo de viagem foi relativamente baixo: R$1,44/hora, provavelmente devido à composição socioeconômica da amostra, com elevada proporção de estudantes. No entanto, observou-se que o comportamento de escolha de linha é bastante afetado pelas características socioeconômicas e de uso de ônibus dos entrevistados, podendo o valor do tempo chegar a R$17,00/hora, e a disposição a pagar pelo painel a R$0,77. Acredita-se que os resultados desta pesquisa permitem ampliar o entendimento do comportamento de escolha de linha, ao incorporar a presença de painel no ponto como elemento adicional da decisão. / The main objective of this research is to investigate the influence on bus route choice behavior of variable message signs (VMS) displaying real time predictions of bus arrival at stops. A stated choice survey was conducted, using an efficient design experiment. Sampled individuals were asked to answer to eight choice situations, each presenting two bus routes going to the same destination but with different itineraries and boarding stops. The choice was made between two combinations of bus route and boarding stop; only one of the stops had VMS. The other attributes characterizing alternatives were: bus route headway, (possible) delay at arriving at the stop, travel time until destination, level of vehicle crowdedness when arriving at the boarding stop, and fare. Data were collected from 1179 individuals, mostly students, professors and employees of the University of São Paulo, and all of them residents of the São Paulo Metropolitan Area. The typical interviewee was 25 years old or younger (64% of the sample), male (60%), a frequent bus user (80%), student (81%) and had at least one car in his household. Mixed logit panel discrete choice models were estimated to analyze the data, capturing both the relative importance of each attribute in the decision process and systematic taste variation among individuals. Results show that VMS displaying predictions of bus arrival at stops do influence bus route choice behavior. The estimated average willingness to pay for a bus stop to have a VMS was R$0.12, which corresponds to 5 minutes of travel time. It was also observed that the marginal disutility of waiting time decreases when there is a VMS at the stop. Disutility of waiting due to delays also decreases (more intensively) with the VMS. The average value of travel time was relatively low, compared to expectations: R$1.44/hour, probably due to the socioeconomic profile of the sample, particularly the high proportion of students. Nevertheless, frequency of bus use and socioeconomic characteristics significantly affect route choice behavior; the value of travel time, for instance, may reach R$17/hour, while willingness to pay for a VMS in a stop may become R$0.77. The results indicate that incorporating the VMS as an additional component of the decision, allows for a better understanding of bus route choice behavior.