Este trabalho aborda os conceitos necessários para o estudo de tolerâncias dimensionais de um conjunto mecânico e propõe um método eficaz para a especificação de tolerâncias na fase de detalhamento do projeto de um produto, através de um algoritmo de otimização baseado em custos de produção. Conceitos do custo da perda de qualidade desenvolvidos por Genichi Taguchi são também aplicados para a especificação de restrições funcionais, que visam garantir um determinado nível de qualidade em função de valores especificados para critérios funcionais. Comentários e comparações com outros trabalhos de otimização de tolerâncias dimensionais são também realizados, através dos quais podem ser observadas características específicas no método proposto. Um exemplo de aplicação é apresentado através do estudo de caso baseado em um projeto de sistema de transmissão de potência por correias a equipamentos periféricos de um motor de combustão interna. Os resultados da aplicação do algoritmo de otimização são comparados aos de métodos convencionais de síntese de tolerâncias, mostrando sua eficácia. / This work approaches the concepts needed to the study of dimensional tolerances of a mechanical assembly and proposes an effective method for specifying tolerances in the detailing phase of product design, by means of an optimization algorithm based on manufacturing costs. Concepts of quality loss developed by Genichi Taguchi are also applied for specifying functional constraints, which aim to assure an adequate quality level regarding specified values of functional criteria. Comments and comparisons with other dimensional tolerances optimization works are also made, through which specific features of the proposed method can be observed. An application example of the method is presented through a case study based on a belt power transmission system to ancillary equipment of an internal combustion engine. Results of application of the optimization algorithm are compared with the ones of conventional tolerance synthesis methods, showing their effectiveness.

Este trabalho aborda os conceitos necessários para o estudo de tolerâncias dimensionais de um conjunto mecânico e propõe um método eficaz para a especificação de tolerâncias na fase de detalhamento do projeto de um produto, através de um algoritmo de otimização baseado em custos de produção. Conceitos do custo da perda de qualidade desenvolvidos por Genichi Taguchi são também aplicados para a especificação de restrições funcionais, que visam garantir um determinado nível de qualidade em função de valores especificados para critérios funcionais. Comentários e comparações com outros trabalhos de otimização de tolerâncias dimensionais são também realizados, através dos quais podem ser observadas características específicas no método proposto. Um exemplo de aplicação é apresentado através do estudo de caso baseado em um projeto de sistema de transmissão de potência por correias a equipamentos periféricos de um motor de combustão interna. Os resultados da aplicação do algoritmo de otimização são comparados aos de métodos convencionais de síntese de tolerâncias, mostrando sua eficácia. / This work approaches the concepts needed to the study of dimensional tolerances of a mechanical assembly and proposes an effective method for specifying tolerances in the detailing phase of product design, by means of an optimization algorithm based on manufacturing costs. Concepts of quality loss developed by Genichi Taguchi are also applied for specifying functional constraints, which aim to assure an adequate quality level regarding specified values of functional criteria. Comments and comparisons with other dimensional tolerances optimization works are also made, through which specific features of the proposed method can be observed. An application example of the method is presented through a case study based on a belt power transmission system to ancillary equipment of an internal combustion engine. Results of application of the optimization algorithm are compared with the ones of conventional tolerance synthesis methods, showing their effectiveness.

Os geossintéticos podem desempenhar um papel muito importante em obras viárias realizadas em regiões de solo com baixa capacidade de suporte, aumentando a capacidade de carga do subleito e a eficácia da compactação, pois reduzem as tensões cisalhantes que são geradas na base da camada granular. A presença de um geossintético apropriado na interface entre o subleito e a sub-base, além de tornar o subleito uma "plataforma construtiva" apropriada, permitindo uma compactação mais eficiente da camada de base e elevando as tensões horizontais residuais deixadas pela compactação, acarreta menores variações na espessura final da camada compactada. Isto implica melhor atendimento às tolerâncias construtivas tanto na camada de base como no revestimento, o que é de fundamental importância, pois são elas as principais responsáveis por grande parte dos custos da construção de um pavimento. Os métodos de dimensionamento de reforço de base em geossintéticos atualmente empregados se baseiam em análises estáticas, sendo adaptados para a condição dinâmica por premissas ou relações questionáveis. Considerando que há grande experiência acumulada nas relações semi-empíricas utilizadas no dimensionamento convencional de pavimentos, principalmente em termos de dimensionamentos em função do Índice de Suporte Califórnia (CBR), este trabalho busca, através de ensaios "CBR" e de "Puncionamento Estático", nos sistemas solo, geossintético e no conjunto solo/geossintético, discutir e avaliar o efeito da inclusão de geotêxteis tecidos para reforço entre a camada de base ou sub-base e de subleito. Os resultados obtidos indicam um aumento do CBR solo/geossintético com reforços semi-rígidos, e a possibilidade de desenvolver correlações a partir deste ensaio para aplicação em dimensionamento. O trabalho apresenta também uma discussão sobre os principais métodos de dimensionamento disponíveis para as estradas pavimentadas e não pavimentadas, com análises paramétricas considerando os resultados dos ensaios e variações de parâmetros como ATR (Afundamento de Trilha de Roda), volume de tráfego, dentre outros. Foram abordados tanto métodos empíricos utilizados na Mecânica dos Pavimentos quanto os utilizados na Geotecnia considerando a inclusão de um reforço, apontando as principais considerações de cada procedimento.

O trabalho analisa e caracteriza as incertezas na Análise de Tolerância ao Dano (DTA - Damage Tolerance Analysis) devidas a variações nos espectros de cargas obtidos para as aeronaves F5-E da FAB, com a finalidade de averiguar se os intervalos de inspeção obtidos ao final das análises são significativamente alterados em função de possíveis desvios estatísticos dos dados coletados. Os efeitos de incertezas no espectro de carregamento dinâmico sobre as curvas de propagação de trincas em pontos críticos da aeronave foram analisados através da variação do "mix" original de missões levantado na campanha realizada em 1992-1993 para as aeronaves F5-E do 1 GAC da Base Aérea de Santa Cruz (BASC). Para as análises de crescimento de trincas, foi utilizada a formulação proposta por Forman et alii (1993), e os efeitos de retardo foram analisados segundo as equações propostas por Wheeler (1972) e Willenborg (1974). Com as análises realizadas, foi possível quantificar os possíveis impactos das variações no espectro de cargas sobre os intervalos de inspeção atuais. Os resultados obtidos poderão servir de subsídio para a Revisão da Análise de Tolerância ao Dano da aeronave F-5E BR (aeronaves F-5E modernizadas pela Embraer), projeto a ser realizada pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), com início previsto para o futuro próximo.

Civil aircraft manufactures seek profitable subsonic transport category operations above 40.000 feet through new and advanced civil aircraft projects, in order to meet with modern airline needs. This is due to the increase of air traffic below this altitude, as well as lower operational cost, and more efficient engines above this altitude. The Federal Aviation Administration (FAA), responsible for certification of aeronautical products in the United States has adapted requirement 14 CFR 25.841(a) for high-altitude operations, based on the numerous executive jets that operate at altitude above 40.000 feet and have obtained their type cetificate based on special conditions1. Although the FAA is considering revising this regulation, there is not enough physiological substantiation to do so at this time. This way, aircraft with wing-mounted engines cannot fully comply with this requirement and petition for a exemption which is always required. A trade-off analysis of a typical 70-seater regional jet, with wing-mounted engines, for high altitude operation trends has been completed. Aspects such as operational and economical advantages, certification and compliance impacts were considered.

Este trabalho apresenta uma abordagem paramétrica de monitoramento do acúmulo de dano em pontos críticos em fadiga da estrutura de aeronaves, considerando, individualmente, o seu perfil de operação. Para isso, são utilizadas Curvas de Crescimento de Trinca Normalizadas (CCTN), uma vez que elas relacionam o dano causado pelo crescimento de trinca à vida em fadiga, independentemente de como a aeronave é operada. A teoria foi apresentada sequencialmente, abordando conceitos de Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE), Propagação de Trinca por Fadiga e a elaboração da metodologia proposta. Antes de aplicar a teoria proposta, foram utilizados programas de computador, desenvolvidos pela Subdivisão de Integridade Estrutural (ASA-I) do Instituto de Aeronáutica e Espaço (IAE), para determinar os ciclos de tensão aplicados em cada ponto crítico, considerando os diferentes tipos de missão realizados pelas aeronaves F-5M, e simular o crescimento de trinca nos pontos críticos, utilizando os ciclos de tensão aos quais eles são submetidos durante a realização de cada tipo de missão. Os dados de crescimento de trinca de crescimento de trinca gerados durante as simulações são tratados conforme a norma ASTM E 647 e ajustados da forma integral das equações de taxa de crescimento de trinca de Paris e Forman, gerando as curvas de crescimento de trinca por meio das quais são geradas as CCTN. A metodologia proposta mostra-se mais apropriada, para aeronaves multimissão, que o DTA tradicional por garantir a integridade estrutural independentemente do perfil de operação da aeronave.

A metodologia de Análise de Tolerância ao Dano (DTA - Damage Tolerance Analysis), que usa o Plano de Acompanhamento de Carregamentos (FSMP - Force Structural Management Plan), é usualmente empregada na predição da vida em fadiga de aeronaves de caça. Este plano se baseia num "mix" de missões pré-determinado no projeto da aeronave, o que induz os esquadrões a seguirem este "mix" o qual influencia na eficiência da utilização da frota. Desvios do "mix" de missões impactam nos intervalos de inspeções e custos de manutenções. Neste trabalho é proposto um sistema de monitoramento de vida em fadiga capaz de incorporar cada missão, individualmente, na análise de vida em fadiga de uma aeronave específica, adequando a manutenção a um perfil mais realista do seu uso. Este monitoramento individual é baseado na metodologia de Monitoramento Individual de Aeronaves (IAT - Individual Aircraft Tracking). Este sistema de monitoramento foi implementado em um software computacional e foi testado para aeronaves de caça F-5E da FAB. Corpos de prova que simulam pontos críticos desta aeronave foram ensaiados para fadiga e os resultados destes ensaios foram comparados aos resultados gerados por esse software. Este sistema de monitoramento mostrou-se capaz de determinar, de forma conservadora e aproximada, o comprimento de trinca após cada missão, sem considerar o "mix" de missões previsto. Isto torna possível flexibilizar as operações sem prejudicar o planejamento de inspeções e manutenções.

Este trabalho apresenta uma revisão sobre vários modelos de propagação de trincas com seqüenciamento de carga, tendo como foco principal aqueles que se encontram implementados em dois pacotes de software, o Crack 2000 e o Nasgro 4.0, sendo este último de larga utilização na indústria aeronáutica para a análise de propagação de trincas. Os modelos em questão são: Wheeler, Modified Willenborg, Generalized Modified Willenborg, Constant Closure e o Strip Yield. São estudados resultados publicados na literatura e também resultados obtidos em ensaios de laboratório realizados neste trabalho. Os resultados de ensaio encontrados na literatura são baseados em vários espectros, que têm o objetivo de ressaltar os efeitos do seqüenciamento de carregamento. Nos ensaios realizados neste trabalho, o objetivo é investigar os efeitos de um espectro real de operação de uma aeronave comercial em componentes estruturais feitos de uma liga de alumínio aeronáutico. Este espectro é baseado na metodologia MiniTWIST, que é uma distribuição de carregamentos baseada nas tensões de raiz de asa encontradas no histórico de serviço de várias aeronaves comerciais. No final deste trabalho é apresentada uma avaliação dos modelos de retardo aplicados e também uma proposta de calibração dos parâmetros principais destes modelos para a utilização em componentes estruturais aeronáuticos sujeitos a espectros de carregamento variáveis encontrados em aeronaves comerciais.

Superfícies de controle do tipo flape são utilizadas nos bordos de ataque e de fuga durante algumas fases do vôo como decolagem, pouso e aproximação para aumento de sustentação da aeronave em baixa velocidade. Este trabalho envolve o estudo do mecanismo de atuação de superfícies de controle do tipo flape para avaliar a influência da presença de folgas, tolerâncias dos componentes, desalinhamento dos trilhos e rigidez do painel, no desempenho do sistema durante seu funcionamento, ainda na fase de projeto. O objetivo é desenvolver um método eficiente e preciso para estudos de trade-off entre a força exercida pelos atuadores e o desalinhamento, folga e flexibilidade do sistema. As forças de inércia envolvidas nestes sistemas podem ser consideradas desprezíveis; portanto, o movimento apresenta-se como quase-estático. Um modelo analítico aproximado foi desenvolvido considerando-se o sistema estático em cada incremento de tempo para se determinar a relação entre a força exercida pelos atuadores e o desalinhamento de um dos trilhos. O método dos coeficientes de influência de rigidez é utilizado para se determinar a matriz de rigidez do painel. A força exercida pelos atuadores é obtida analiticamente utilizando o método da condensação estática e comparada com os resultados obtidos pela utilização do MSC.Nastran. A força exercida pelos atuadores é também obtida através da utilização do software de análise de multicorpos LMS.DADS. O software de análise de tolerância 3DCS (3-Dimensional Control System) baseado no CATIA V5 é utilizado para simular várias montagens do flape de maneira a computar numericamente os efeitos das variações dimensionais nos requisitos de funcionamento do mecanismo.

Trincas longitudinais em aviões com fuselagens pressurizadas são sujeitas a carregamento de membrana e de flexão. A interação entre estes dois carregamentos no assim chamado "efeito de inchamento" ou "bulging effect", o qual pode elevar significantemente o fator de intensidade de tensão na ponta da trinca e reduzir a resistência residual. A filosofia de construção tolerante ao dano requer uma determinação realista do estado e tensões na vizinhança das trincas em fuselagens aeronáuticas. Entretanto, poucos estudos têm sido feitos para avaliar a significância do efeito "bulging" para trincas em fuselagens estreitas (narrow-body) representativos da aviação regional e a conseqüência de não inclusão destes efeitos na predição das tensões e subseqüente análise de tolerância ao dano. De particular interesse no efeito de "bulging" nas fuselagens que tem sido reparadas. Reparos acrescentam novos pontos de iniciação de trincas para a estrutura e podem também alterar a resposta ao "bulging" da fuselagem. O exame do efeito "bulging" no fator de intensidade de tensões e o cálculo de resistência residual em estruturas reparadas, o Federal Aviation Administration está estudando o efeito "bulging" em fuselagens aeronáuticas estreitas (narrow-body). O efeito de "bulging" foram calculados usando uma análise não linear por elementos finitos. O fator de intensificação de tensões foram calculadas utilizando o Método de Fechamento da Trinca. Neste estudo, uma escotilha foi colocada na fuselagem aeronáutica estreita (narrow-body) e foi reparada com um reforço interno preso por rebites. Uma trinca foi posicionada na linha mais crítica de rebites. Típicos resultados do estudo são apresentados para o efeito no fator de "bulging" para vários diferentes parâmetros, tais como carregamento, tamanho de trinca e a presença de reforços são discutidos.