Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-01-16T16:28:17Z No. of bitstreams: 1 waldirnemefelippefilho.pdf: 5861193 bytes, checksum: 8e75fc60830c02857375c1b6cd363132 (MD5) / Approved for entry into archive by Diamantino Mayra (mayra.diamantino@ufjf.edu.br) on 2017-01-31T10:34:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 waldirnemefelippefilho.pdf: 5861193 bytes, checksum: 8e75fc60830c02857375c1b6cd363132 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-31T10:34:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 waldirnemefelippefilho.pdf: 5861193 bytes, checksum: 8e75fc60830c02857375c1b6cd363132 (MD5) Previous issue date: 2016-08-25 / As estruturas atuais de engenharia civil têm apresentado pronunciado comportamento dinâmico, impondo a necessidade de se veri car, durante a fase de projeto, este comportamento. Apesar dessas veri cações e das recomendações normativas, algumas estruturas apresentam grandes amplitudes de deslocamentos ao experimentarem combinações de ações imprevistas, sendo necessária a aplicação de um sistema para controle de vibrações. Uma forma e ciente de controle destas estruturas é através de sistemas passivos via materiais viscoelásticos (MVE). Modelos determinísticos são numerosos na literatura e conseguem aproximar relativamente bem o comportamento dinâmico de estruturas amortecidas via MVE. Esses modelos, porém, são incapazes de capturar as incertezas associadas, por exemplo, às propriedades mecânicas dos materiais. Uma forma para capturar essas incertezas é através da modelagem não determinística. Neste sentido, este trabalho discutirá a modelagem numérica dos MVE abordando alguns dos fatores que in uenciam o desempenho de modelos numéricos, estratégias para ajuste dos parâmetros que de nem o comportamento dependente da frequência desses materiais e apresentará uma proposta de um modelo não determinístico. Comparam-se as frequências naturais e taxas de amortecimento de vigas sanduíche identi cadas com os resultados obtidos com o modelo proposto e aqueles obtidos através de ensaios experimentais. Pretende-se com este modelo fornecer ao projetista, ao invés de um único valor para os parâmetros modais da estrutura e deslocamentos, uma representação probabilística. / The current civil engineering structures have shown pronounced dynamic behavior, imposing the need to check, during the design phase, this behavior. Despite these veri cations and normative recommendations, some structures experience large amplitudes of displacements under unexpected actions, then a vibration control system is required. An e cient way to control these structures is through passive vibration control systems with viscoelastic materials (VEM). Deterministic models are numerous in literature and they present fairly good approximations for the dynamics behavior of structures damped with VEM. These models however are unable to capture uncertainties associated, for instance, with the mechanical properties of materials. One way to capture these uncertainties is through non-deterministic models. Thus, this thesis discusses the numerical modeling of MVE addressing some of the factors that in uence the performance of numerical models, some strategies to adjust the parameters that de ne the frequency dependent behavior of these materials and present a proposal for a non-deterministic model. The aim of this model is provide to the designer, rather than a single value for the structures modal parameters and displacements, a probabilistic representation.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In urban areas, where noise is significant, the facades and roofs must submit a performance capable of ensuring insulation required for the acoustic comfort of the users. The roof, although important elements of the envelope of buildings, has been little studied in Acoustics. The validity of ISO 15575 Residential Buildings - Performance impacted mainly the construction industry suppliers, who needed to characterize their products and systems. Also in 2015 came the NBR 16373 - tiles and thermoacoustic panels - Performance requirements. This Thesis aimed to establish a methodology to analyse the acoustic performance for sandwich tiles considering regulatory standards and experimental trials. It started from the requirements of ISO 16373 for performing absorption tests and sound transmission loss of sandwich type of shingle tiles + EPS. The experimental procedure used to determine the sound absorption coefficient (α) was the method of the reverberation chamber in a diffuse field standardized by ASTM C423. The results showed behaviour with greater absorption (0.29) in a narrow band around 250 Hz and stabilized above 1600 Hz, with values similar to 0.06. These factors mean rank 1 according to the NBR 16373, in other words, the worst performance scale. Regarding the sound insulation test, performed according to ISO 10140 in reverberation room, it was quantified the Weighted Sound Reduction Index, Rw = 20 dB, above the expected performance because resulted close to the performance of other more valued tile commercially. The information given on NBR 16373: 2015 for the experimental analysis of sandwich tile are very incomplete, so difficult the tests. To facilitate implementation, minimizing errors due to erroneous interpretations of the techniques involved standards, we established a specific analysis methodology for trials in shingles or tiles. Therefore, it is proposed that the adequacy of samples of the tests, the individual analysis of each material that compose the shingle and evaluation of the two faces of the composite tiles, in order that they may have different types of finish (liner, liner-film, perforated panel, among others) and therefore the analysis of the lower tile becomes effective in assisting in the determination of the acoustic conditioning of the interior environments. Another suggestion is the evaluation of the rain impact noise on tiles. Finally, we reiterate the importance of the technical product information are clear and complete, allowing consumers to obtain adequate acoustic performance in their buildings. / Em áreas urbanas, onde o ruído é significativo, as fachadas e coberturas devem apresentar um desempenho capaz de garantir a isolação necessária para o conforto acústico dos usuários. As coberturas, embora sejam elementos importantes da envoltória das edificações, tem sido pouco estudadas na área de Acústica. A vigência da NBR 15575 Edificações habitacionais Desempenho impactou, principalmente, o setor de fornecedores da construção civil, que necessitaram caracterizar seus produtos e sistemas. Além disso, em 2015, surgiu a NBR 16373 Telhas e painéis termoacústico Requisitos de desempenho. A presente Dissertação teve como objetivo principal estabelecer uma metodologia de análise da performance acústica para telhas sanduíche, considerando padrões normativos e ensaios experimentais. Partiu-se das exigências da NBR 16373 para a execução dos ensaios de absorção e perda de transmissão sonora das telhas sanduíche do tipo telha + EPS. O procedimento experimental utilizado para a determinação do Coeficiente de Absorção Sonora (α) foi o método da câmara reverberante em campo difuso, normatizado pela ASTM C423. Os resultados mostraram um comportamento com maior absorção (0,29) numa faixa estreita em torno de 250 Hz e uma estabilização acima de 1600 Hz, com valores similares a 0,06. Tais coeficientes significam classificação 1, de acordo com a NBR 16373, ou seja, o pior desempenho da escala. No que tange ao ensaio de isolamento sonoro, executado de acordo com a ISO 10140, em câmara reverberante, foi quantificado o Índice de Redução Sonora Ponderado, Rw= 20 dB, desempenho acima do esperado, pois resultou próximo ao desempenho de outra telha mais valorizada comercialmente. As informações constantes na NBR 16373:2015 para a análise experimental da telha sanduíche são muito incompletas, por isso dificultam a realização dos ensaios. Para facilitar a execução, minimizando os erros decorrentes de interpretações equivocadas das normas técnicas envolvidas, estabeleceu-se uma metodologia de análise específica para ensaios realizados em telhas ou coberturas. Assim, propõe-se a adequação das amostras dos ensaios, a análise individual de cada material que compõe a telha e a avaliação das duas faces das telhas compostas, tendo em vista que elas podem possuir diferentes tipos de acabamento (forro, forro-filme, painel perfurado, entre outros) e, por isso, a análise da parte inferior da telha torna-se eficaz no auxílio da determinação do condicionamento acústico no interior de ambientes. Outra sugestão é a avaliação do ruído de impacto da chuva em telhas. Por fim, reitera-se a importância de que as informações técnicas sobre os produtos sejam claras e completas, permitindo que os consumidores finais possam obter um adequado desempenho acústico em suas edificações.

Estruturas aeronáuticas são em sua grande parte fabricadas em material compósito para que sejam atendidas as especificações de projeto. Entre essas estruturas destaca-se a estrutura sanduíche. A utilização desse tipo de estrutura requer estudos extensos em novos materiais, bem como na aplicação dos mesmos. Uma atenção especial para o núcleo dessas estruturas é necessária, pois este material é na verdade uma estrutura celular, como as espumas poliméricas. Esta dissertação busca concatenar a literatura com a prática ao estudar a calibração de modelos de material para descrever o comportamento mecânico de espumas poliméricas, bem como avaliar suas potencialidades e limitações. Estas espumas são estruturas celulares cujos mecanismos de falha consistem em respostas micro e macroscópicas. A identificação e quantificação desses comportamentos podem ser feitas através da investigação de modelos de material micro-mêcanicos ou fenomenológicos (macro-mecânicos) associados a ensaios e análises experimentais tanto do material celular quanto da estrutura na qual este material é utilizado. Cada abordagem, micro ou macro-mecânica, possui vantagens e desvantagens que no presente trabalho são discutidas para o material estudado (espuma polimérica rígida de PVC, poli-cloreto de vinila, com estrutura de células fechada e densidade de 60kg/m³). Uma série de ensaios experimentais com bases em normas é realizada e os dados coletados são comparados com dados obtidos simultaneamente através de uma técnica de correlação de imagens. Todas as informações experimentais são confrontadas e associadas aos mecanismos de falha da espuma polimérica. Finalmente, os dados experimentais são utilizados nas identificações de parâmetros de modelos de material disponíveis em um programa comercial de elementos finitos - ABAQUS. Com os modelos de material calibrados, o presente trabalho investiga a representatividade e as limitações dos mesmos quando aplicados a estruturas aeronáuticas submetidas a cargas localizadas, monotônicas ou não. Observou-se que há uma forte dependência da resposta macroscópica da espuma com sua estrutura celular quando submetida a cargas localizadas e/ou não-monotônicas. Ademais, o uso de modelos de material simplificados, e/ou com hipóteses de implementação, gera resultados duvidosos quando estes modelos são aplicados a materiais celulares com respostas complexas (mecanismos micro-mecânicos, anisotropia, viscosidade, etc.). Todavia, o presente trabalho mostra que uma calibração estratégica relevando as hipóteses de implementação e as limitações do modelo de material, fornece bons resultados macroscópicos que são fortemente influenciados pelos mecanismos de falha micro-mecânicos. / Aircraft structures are mostly made of composite material in order to achieve the specifications of a project. Among these structures one highlights the sandwich structure. The usage of this structure requires extensive studies on new materials as well as on the application of these very materials. A special attention for the cores material of these structures is needed because it is in fact a cellular structure, as the polymeric foams. This dissertation seeks to concatenate the literature and practice, studying the calibration of material models to describe the mechanical behavior of polymeric foams, as well as to analyse their potentials and limitations. These foams are cellular structures whose failure mechanisms comprise micro and macro responses. The identification and quantification of these behaviors can be done through micro-mechanical or phenomenological (macro-mechanical) material models along with experimental tests and analyses of both the cellular material and the structure in which this material is used. Each approach, micro or macro, has advantages and disadvantages that in the present work are discussed for the studied material (PVC, poly-vinyl-chloride, rigid closed-cell polymeric foam with a density of 60kg/m³). A series of experimental tests based on standard procedures are carried out and the data collected are compared with data obtained simultaneously through an image correlation technique. All the experimental information are confronted and associated to the failure mechanisms of the polymeric foam. Finally, the experimental data are used for the identification of material models parameters, currently available in the commercial finite elements software - ABAQUS. With the material models calibrated, the present work investigates the representativeness and the limitations of these very models when applied to aircraft structures submitted to monotonic or not localized loads. One has observed that there is a strong dependence of the foams macroscopic response with its cellular structure when it is submitted to localized and/or non-monotonic loads. Moreover, the usage of simplified material models, and/or with some implementation hypotheses, renders doubtful results when these models are applied to cellular materials with complex responses (micro-mechanical mechanisms, anisotropy, viscosity, etc.). Nevertheless, the present work shows that a strategic calibration taking into account the implementation hypotheses and the limitations of the material model, yields good macroscopic results that are strongly influenced by the micro-mechanical failure mechanisms.

The present document covers the studies over Structural Health Monitoring systems via vibration based methods. The topic is organized in two parallel studies. The first one analyzes the integrity of metal-composite single lap bonded joints. The second one approaches similar analyses for sandwich structures. The monitoring was made by investigating the dynamic response both computationally and experimentally to verify the reliability of applying vibration based SHM procedures, specifically with the objective of identifying the presence of debonding damage. The dynamic responses were obtained via accelerometers and piezoelectric sensors placed on top of the investigated structures (on the outward surface). The purpose for the accelerometers is to provide reference data for the analyses involving the piezoelectric sensors. Different metrics of damage identification were investigated, all working over a determined frequency range. They quantify the damage by analyzing either the magnitudes or phase angles of the dynamic responses among the undamaged and damage structures. This present work proposed modifications to some methodologies of damage quantification found in the literature and compared the results. The new metrics offered more reliable values for the damage quantification on several of the analyses. It was verified that the metrics are valid for the scenarios observed in the present study. The experimental analyses showed also the influence on the dynamic response due to the position of small elastomeric elements. In regards to the finite element analyses, the computational models showed similar results to the experimental data, the more accurate ones being the models for the bonded joints. For the computational models, improvements can be applied into the piezoelectric sensor (e.g. by using new finite element formulations), as well as the region of debonding (e.g. by using contact algorithms). It is important to highlight that the elastic properties of the skins for the sandwich structure were obtained by the literature, so the model can be improved in the future by applying properties obtained experimentally. / Esta dissertação aborda os estudos realizados no campo de Sistemas de Monitoramento da Integridade Estrutural por meio de métodos baseados em vibrações. O tópico abordado é organizado em dois estudos paralelos. O primeiro é relativo ao monitoramento da integridade de juntas coladas metal-compósito. O segundo versa sobre análises semelhantes em estruturas sanduíche. O monitoramento foi executado através das análises das assinaturas dinâmicas das estruturas, tanto computacionalmente quanto experimentalmente, visando avaliar a capacidade de metodologias vibracionais de SHM em detectar dano de descolamento. As respostas dinâmicas foram obtidas por meio de acelerômetros e sensores piezelétricos dispostos sobre a superfície das estruturas avaliadas. Os acelerômetros fornecem dados de referência para as análises realizadas com base nas respostas do sensor piezelétrico. Diferentes métricas de identificação de dano são abordadas, sendo que todas estão baseadas em análise no domínio da frequência, utilizando parâmetros de magnitude ou ângulo de fase das estruturas danificadas e intactas. O presente trabalho propôs alterações em algumas das metodologias encontradas na literatura e comparou os resultados das métricas originais com as modificadas. As métricas modificadas apresentaram resultados mais consistentes em vários cenários de análise. Constatou-se também que as métricas abordadas mostram-se válidas para os casos observados no presente estudo. As análises experimentais também evidenciaram a influência na assinatura dinâmica da estrutura sanduíche causada pelo posicionamento de pequenos elementos elastoméricos. Com relação às análises via elementos finitos, os modelos computacionais apresentaram resultados similares aos obtidos experimentalmente, sendo os da junta colada os mais precisos. Tais modelos computacionais podem ser melhorados no futuro por meio de uma modelagem mais detalhada dos elementos piezelétricos (por exemplo: por meio de novas formulações), como também da região de descolamento (por exemplo: por meio da implementação de algoritmos de contato). Deve-se ressaltar também que as propriedades elásticas das lâminas externas da estrutura sanduíche foram obtidas da literatura, assim sendo, o modelo poderá ser melhorado em estudos futuros por meio do emprego de propriedades obtidas experimentalmente.

Um painel sanduíche consiste essencialmente em duas faces, podendo inclusive possuir reforços metálicos e um núcleo formado normalmente por um polímero celular. As faces deste tipo de painel podem estar unidas por um adesivo estrutural, ou por espuma rígida de poliuretano (PU) injetado diretamente sobre os substratos, quando a união ocorrerá naturalmente. A propriedade de maior relevância que o painel sanduíche deve ter para o transporte de cargas congeladas (0ºC a -30ºC) ou refrigeradas (7ºC a 1ºC) é a condutividade térmica (k). Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi propor e caracterizar painéis sanduíches que possam ser utilizados em câmaras frigoríficas. Este trabalho apresenta as seguintes alternativas para compósito sanduíche: amostra 1 (PRFV/PU/PRFV); amostra 2 (AG/PU/AG); amostra 3 (Frisado/PU/PRFV); e amostra 4 (Al/PU/Al), onde PRFV é poliéster reforçado com fibra de vidro, PU é espuma rígida de poliuretano, AG é aço galvanizado, Frisado é alumínio frisado, e Al é alumínio. Estes painéis foram caracterizados quanto às propriedades físico-mecânicas, térmicas, morfológicas e custo. Foi possível concluir que o sistema (AG/PU/AG) mostrou o melhor custo versus desempenho dentre os compósitos propostos. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-29T19:30:53Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Paola Sartori.pdf: 3882091 bytes, checksum: c7530ac27f11dffba880ed97ee828f31 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-29T19:30:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Ana Paola Sartori.pdf: 3882091 bytes, checksum: c7530ac27f11dffba880ed97ee828f31 (MD5) / A sandwich panel consists essentially of two face sheets and may even have metal reinforcements and a core formed, usually by a cellular polymer. The faces of this type of panel may be joined by a structural adhesive or in cases where the core is a rigid polyurethane foam injected directly on the substrates the union will occur naturally. The most relevant property of the sandwich panels for the transport of frozen (0ºC a -30ºC) or chilled (7ºC a 1ºC) cargo is thermal conductivity (k). Within this context the objective of this work is to obtain and characterize sandwich panels which can be used in refrigerated chambers. This work presents four alternatives for composite sandwich, sample 1 (PRFV/PU/PRFV), sample 2 (AG/PU/AG), sample 3 (Al Crimpy/PU/PRFV) and sample 4 (Al /PU/Al), were PRFV is a glass fibre reinforced plastics, PU is a rigid polyurethane, AG is galvanized steel, Al Crimpy is crimpy aluminum and Al is aluminum. These composites were characterized by physicalmechanical, thermal, morphologic and cost. It could be concluded that the AG/PU/AG showed the best cost versus performance.

Estruturas sanduíche possuem aplicações em diferentes áreas, tais como as indústrias: automotiva, naval, aeronáutica e moveleira. As razões da sua utilização vão desde a elevada eficiência estrutural até o baixo custo. Na indústria automotiva, elas são usadas em veículos convencionais, bem como em esportivos de alto desempenho. Uma alternativa de baixo custo são estruturas sanduíche com núcleos feitos em papel celulose e faces em materiais compostos termoplásticos. Alguns automóveis utilizam esses materiais em componentes com forma plana ou pequenas curvaturas. Os principais objetivos de usá-los são a redução do peso, o aumento da reciclabilidade e o projeto multifuncional (funções ambiental, estética, acústica, térmica e estrutural, simultaneamente). No entanto, uma das dificuldades que surge no projeto destes componentes é a previsão do comportamento estrutural, uma vez que tais materiais são difíceis de caracterizar experimentalmente. Assim, neste trabalho, são apresentados alguns métodos para avaliar as propriedades elásticas de sanduíches com núcleo hexagonal (estrutura colméia) e senoidal em papel e faces em não-tecido de polipropileno com fibras de vidro. As propriedades elásticas equivalentes longitudinais do núcleo são obtidas através de um modelo de elementos finitos de viga, que é validado com um método analítico para células hexagonais. Quanto às propriedades transversais, é utilizado um procedimento experimental, onde os núcleos com células senoidais são testados em uma máquina de tração. Neste caso, as dimensões das células são alteradas, bem como as gramaturas dos papéis. As propriedades equivalentes das faces são obtidas através de um modelo de elementos finitos planos. / Sandwich structures are used in various areas of application such as the automotive, marine, aeronautical and furniture industries. The reasons for their use range from the high structural efficiency to low cost. In the automotive industry, they are used in conventional vehicles as well as in high-end sports cars. An alternative of low-cost structures is that of cores made of cellulose paper and faces of thermoplastic composites. Some vehicles already use these materials in parts with flat shape or with small curvatures. The main purposes of using them are the reduction of the total weight of the vehicle, the increase of recyclability and the multifunctional design (environmental, aesthetic, acoustic, thermal and structural functions simultaneously). However, one of the difficulties that arises in the design of these components is the prediction of their structural behavior, since such materials are difficult to characterize. So, this work presents some methods to assess the elastic properties of sandwich cores composed of hexagonal (honeycomb) and sinusoidal cells of Testliner paper and faces of polypropylene/fiberglass nonwoven. The in-plane equivalent elastic properties of the core are obtained through a numerical finite element beam model, which is validated with an analytical method for hexagonal cells. For the out-of-plane equivalent properties, an experimental procedure is carried on, where sinusoidal cell cores are tested on a traction machine. In this case, the dimensions of the cell are changed, as well as the grammages of the papers. The equivalent elastic properties of the face are obtained through a numerical plane finite element model.

Estruturas sanduíche possuem aplicações em diferentes áreas, tais como as indústrias: automotiva, naval, aeronáutica e moveleira. As razões da sua utilização vão desde a elevada eficiência estrutural até o baixo custo. Na indústria automotiva, elas são usadas em veículos convencionais, bem como em esportivos de alto desempenho. Uma alternativa de baixo custo são estruturas sanduíche com núcleos feitos em papel celulose e faces em materiais compostos termoplásticos. Alguns automóveis utilizam esses materiais em componentes com forma plana ou pequenas curvaturas. Os principais objetivos de usá-los são a redução do peso, o aumento da reciclabilidade e o projeto multifuncional (funções ambiental, estética, acústica, térmica e estrutural, simultaneamente). No entanto, uma das dificuldades que surge no projeto destes componentes é a previsão do comportamento estrutural, uma vez que tais materiais são difíceis de caracterizar experimentalmente. Assim, neste trabalho, são apresentados alguns métodos para avaliar as propriedades elásticas de sanduíches com núcleo hexagonal (estrutura colméia) e senoidal em papel e faces em não-tecido de polipropileno com fibras de vidro. As propriedades elásticas equivalentes longitudinais do núcleo são obtidas através de um modelo de elementos finitos de viga, que é validado com um método analítico para células hexagonais. Quanto às propriedades transversais, é utilizado um procedimento experimental, onde os núcleos com células senoidais são testados em uma máquina de tração. Neste caso, as dimensões das células são alteradas, bem como as gramaturas dos papéis. As propriedades equivalentes das faces são obtidas através de um modelo de elementos finitos planos. / Sandwich structures are used in various areas of application such as the automotive, marine, aeronautical and furniture industries. The reasons for their use range from the high structural efficiency to low cost. In the automotive industry, they are used in conventional vehicles as well as in high-end sports cars. An alternative of low-cost structures is that of cores made of cellulose paper and faces of thermoplastic composites. Some vehicles already use these materials in parts with flat shape or with small curvatures. The main purposes of using them are the reduction of the total weight of the vehicle, the increase of recyclability and the multifunctional design (environmental, aesthetic, acoustic, thermal and structural functions simultaneously). However, one of the difficulties that arises in the design of these components is the prediction of their structural behavior, since such materials are difficult to characterize. So, this work presents some methods to assess the elastic properties of sandwich cores composed of hexagonal (honeycomb) and sinusoidal cells of Testliner paper and faces of polypropylene/fiberglass nonwoven. The in-plane equivalent elastic properties of the core are obtained through a numerical finite element beam model, which is validated with an analytical method for hexagonal cells. For the out-of-plane equivalent properties, an experimental procedure is carried on, where sinusoidal cell cores are tested on a traction machine. In this case, the dimensions of the cell are changed, as well as the grammages of the papers. The equivalent elastic properties of the face are obtained through a numerical plane finite element model.

Estruturas aeronáuticas são em sua grande parte fabricadas em material compósito para que sejam atendidas as especificações de projeto. Entre essas estruturas destaca-se a estrutura sanduíche. A utilização desse tipo de estrutura requer estudos extensos em novos materiais, bem como na aplicação dos mesmos. Uma atenção especial para o núcleo dessas estruturas é necessária, pois este material é na verdade uma estrutura celular, como as espumas poliméricas. Esta dissertação busca concatenar a literatura com a prática ao estudar a calibração de modelos de material para descrever o comportamento mecânico de espumas poliméricas, bem como avaliar suas potencialidades e limitações. Estas espumas são estruturas celulares cujos mecanismos de falha consistem em respostas micro e macroscópicas. A identificação e quantificação desses comportamentos podem ser feitas através da investigação de modelos de material micro-mêcanicos ou fenomenológicos (macro-mecânicos) associados a ensaios e análises experimentais tanto do material celular quanto da estrutura na qual este material é utilizado. Cada abordagem, micro ou macro-mecânica, possui vantagens e desvantagens que no presente trabalho são discutidas para o material estudado (espuma polimérica rígida de PVC, poli-cloreto de vinila, com estrutura de células fechada e densidade de 60kg/m³). Uma série de ensaios experimentais com bases em normas é realizada e os dados coletados são comparados com dados obtidos simultaneamente através de uma técnica de correlação de imagens. Todas as informações experimentais são confrontadas e associadas aos mecanismos de falha da espuma polimérica. Finalmente, os dados experimentais são utilizados nas identificações de parâmetros de modelos de material disponíveis em um programa comercial de elementos finitos - ABAQUS. Com os modelos de material calibrados, o presente trabalho investiga a representatividade e as limitações dos mesmos quando aplicados a estruturas aeronáuticas submetidas a cargas localizadas, monotônicas ou não. Observou-se que há uma forte dependência da resposta macroscópica da espuma com sua estrutura celular quando submetida a cargas localizadas e/ou não-monotônicas. Ademais, o uso de modelos de material simplificados, e/ou com hipóteses de implementação, gera resultados duvidosos quando estes modelos são aplicados a materiais celulares com respostas complexas (mecanismos micro-mecânicos, anisotropia, viscosidade, etc.). Todavia, o presente trabalho mostra que uma calibração estratégica relevando as hipóteses de implementação e as limitações do modelo de material, fornece bons resultados macroscópicos que são fortemente influenciados pelos mecanismos de falha micro-mecânicos. / Aircraft structures are mostly made of composite material in order to achieve the specifications of a project. Among these structures one highlights the sandwich structure. The usage of this structure requires extensive studies on new materials as well as on the application of these very materials. A special attention for the cores material of these structures is needed because it is in fact a cellular structure, as the polymeric foams. This dissertation seeks to concatenate the literature and practice, studying the calibration of material models to describe the mechanical behavior of polymeric foams, as well as to analyse their potentials and limitations. These foams are cellular structures whose failure mechanisms comprise micro and macro responses. The identification and quantification of these behaviors can be done through micro-mechanical or phenomenological (macro-mechanical) material models along with experimental tests and analyses of both the cellular material and the structure in which this material is used. Each approach, micro or macro, has advantages and disadvantages that in the present work are discussed for the studied material (PVC, poly-vinyl-chloride, rigid closed-cell polymeric foam with a density of 60kg/m³). A series of experimental tests based on standard procedures are carried out and the data collected are compared with data obtained simultaneously through an image correlation technique. All the experimental information are confronted and associated to the failure mechanisms of the polymeric foam. Finally, the experimental data are used for the identification of material models parameters, currently available in the commercial finite elements software - ABAQUS. With the material models calibrated, the present work investigates the representativeness and the limitations of these very models when applied to aircraft structures submitted to monotonic or not localized loads. One has observed that there is a strong dependence of the foams macroscopic response with its cellular structure when it is submitted to localized and/or non-monotonic loads. Moreover, the usage of simplified material models, and/or with some implementation hypotheses, renders doubtful results when these models are applied to cellular materials with complex responses (micro-mechanical mechanisms, anisotropy, viscosity, etc.). Nevertheless, the present work shows that a strategic calibration taking into account the implementation hypotheses and the limitations of the material model, yields good macroscopic results that are strongly influenced by the micro-mechanical failure mechanisms.

The present document covers the studies over Structural Health Monitoring systems via vibration based methods. The topic is organized in two parallel studies. The first one analyzes the integrity of metal-composite single lap bonded joints. The second one approaches similar analyses for sandwich structures. The monitoring was made by investigating the dynamic response both computationally and experimentally to verify the reliability of applying vibration based SHM procedures, specifically with the objective of identifying the presence of debonding damage. The dynamic responses were obtained via accelerometers and piezoelectric sensors placed on top of the investigated structures (on the outward surface). The purpose for the accelerometers is to provide reference data for the analyses involving the piezoelectric sensors. Different metrics of damage identification were investigated, all working over a determined frequency range. They quantify the damage by analyzing either the magnitudes or phase angles of the dynamic responses among the undamaged and damage structures. This present work proposed modifications to some methodologies of damage quantification found in the literature and compared the results. The new metrics offered more reliable values for the damage quantification on several of the analyses. It was verified that the metrics are valid for the scenarios observed in the present study. The experimental analyses showed also the influence on the dynamic response due to the position of small elastomeric elements. In regards to the finite element analyses, the computational models showed similar results to the experimental data, the more accurate ones being the models for the bonded joints. For the computational models, improvements can be applied into the piezoelectric sensor (e.g. by using new finite element formulations), as well as the region of debonding (e.g. by using contact algorithms). It is important to highlight that the elastic properties of the skins for the sandwich structure were obtained by the literature, so the model can be improved in the future by applying properties obtained experimentally. / Esta dissertação aborda os estudos realizados no campo de Sistemas de Monitoramento da Integridade Estrutural por meio de métodos baseados em vibrações. O tópico abordado é organizado em dois estudos paralelos. O primeiro é relativo ao monitoramento da integridade de juntas coladas metal-compósito. O segundo versa sobre análises semelhantes em estruturas sanduíche. O monitoramento foi executado através das análises das assinaturas dinâmicas das estruturas, tanto computacionalmente quanto experimentalmente, visando avaliar a capacidade de metodologias vibracionais de SHM em detectar dano de descolamento. As respostas dinâmicas foram obtidas por meio de acelerômetros e sensores piezelétricos dispostos sobre a superfície das estruturas avaliadas. Os acelerômetros fornecem dados de referência para as análises realizadas com base nas respostas do sensor piezelétrico. Diferentes métricas de identificação de dano são abordadas, sendo que todas estão baseadas em análise no domínio da frequência, utilizando parâmetros de magnitude ou ângulo de fase das estruturas danificadas e intactas. O presente trabalho propôs alterações em algumas das metodologias encontradas na literatura e comparou os resultados das métricas originais com as modificadas. As métricas modificadas apresentaram resultados mais consistentes em vários cenários de análise. Constatou-se também que as métricas abordadas mostram-se válidas para os casos observados no presente estudo. As análises experimentais também evidenciaram a influência na assinatura dinâmica da estrutura sanduíche causada pelo posicionamento de pequenos elementos elastoméricos. Com relação às análises via elementos finitos, os modelos computacionais apresentaram resultados similares aos obtidos experimentalmente, sendo os da junta colada os mais precisos. Tais modelos computacionais podem ser melhorados no futuro por meio de uma modelagem mais detalhada dos elementos piezelétricos (por exemplo: por meio de novas formulações), como também da região de descolamento (por exemplo: por meio da implementação de algoritmos de contato). Deve-se ressaltar também que as propriedades elásticas das lâminas externas da estrutura sanduíche foram obtidas da literatura, assim sendo, o modelo poderá ser melhorado em estudos futuros por meio do emprego de propriedades obtidas experimentalmente.

Um painel sanduíche consiste essencialmente em duas faces, podendo inclusive possuir reforços metálicos e um núcleo formado normalmente por um polímero celular. As faces deste tipo de painel podem estar unidas por um adesivo estrutural, ou por espuma rígida de poliuretano (PU) injetado diretamente sobre os substratos, quando a união ocorrerá naturalmente. A propriedade de maior relevância que o painel sanduíche deve ter para o transporte de cargas congeladas (0ºC a -30ºC) ou refrigeradas (7ºC a 1ºC) é a condutividade térmica (k). Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi propor e caracterizar painéis sanduíches que possam ser utilizados em câmaras frigoríficas. Este trabalho apresenta as seguintes alternativas para compósito sanduíche: amostra 1 (PRFV/PU/PRFV); amostra 2 (AG/PU/AG); amostra 3 (Frisado/PU/PRFV); e amostra 4 (Al/PU/Al), onde PRFV é poliéster reforçado com fibra de vidro, PU é espuma rígida de poliuretano, AG é aço galvanizado, Frisado é alumínio frisado, e Al é alumínio. Estes painéis foram caracterizados quanto às propriedades físico-mecânicas, térmicas, morfológicas e custo. Foi possível concluir que o sistema (AG/PU/AG) mostrou o melhor custo versus desempenho dentre os compósitos propostos. / A sandwich panel consists essentially of two face sheets and may even have metal reinforcements and a core formed, usually by a cellular polymer. The faces of this type of panel may be joined by a structural adhesive or in cases where the core is a rigid polyurethane foam injected directly on the substrates the union will occur naturally. The most relevant property of the sandwich panels for the transport of frozen (0ºC a -30ºC) or chilled (7ºC a 1ºC) cargo is thermal conductivity (k). Within this context the objective of this work is to obtain and characterize sandwich panels which can be used in refrigerated chambers. This work presents four alternatives for composite sandwich, sample 1 (PRFV/PU/PRFV), sample 2 (AG/PU/AG), sample 3 (Al Crimpy/PU/PRFV) and sample 4 (Al /PU/Al), were PRFV is a glass fibre reinforced plastics, PU is a rigid polyurethane, AG is galvanized steel, Al Crimpy is crimpy aluminum and Al is aluminum. These composites were characterized by physicalmechanical, thermal, morphologic and cost. It could be concluded that the AG/PU/AG showed the best cost versus performance.