Volnei Tita.

O curso foi apresentado em 3 módulos para Engenheiros da TAM ? Linhas Aéreas. O módulo 1 abordou o projeto e a análise de estruturas aeronáuticas quanto à certificação estática e quanto à certificação sob fadiga com destaque para a análise dos mecanismos de falha num painel de revestimento reparado. No módulo 2, apresentou-se o projeto e a análise de reparos metálicos, enfatizando cenários de falha e análise de resistência residual. O módulo 3 abordou o projeto e a análise de reparos em compósito, descrevendo mecanismos de falha intralaminares e interlaminares, metodologia de projeto de estruturas em compósito, cenários de falha e análise de resistência residual.

Suporte ao desenvolvimento de modelos em elementos finitos: geração de malha; aplicação de condições de contorno e aplicação de carregamentos. Suporte ao processo de obtenção de carregamentos, bem como à interpretação de resultados obtidos através da modelagem por elementos finitos. Análise de resultados, empregando ferramentas computacionais utilizadas pela Caterpillar e apoio a interpretação de dados e informações técnicas provenientes de outras unidades.

The main objective consists of investigating and providing theories and methods for the design, manufacturing, modelling and testing of advanced 3D printed sensors for monitoring aeronautical composite structures. The task also relates to the development of new SHM systems, which can detect and predict residual life and/or stiffness of composite structures. Thus, new computational and analytical models as well as experimental analyses will be proposed to create the basis for the development of new and revolutionary onboard health monitoring and embedded non-destructive evaluation (NDE) based on (but not limited to) vibration tests (VBM). Regarding experimental analyses, quasi-static and vibration tests will be carried out not only to identify the parameters of the material model, but also to validate the proposed multiscale approach. The identification of model parameters will be carried out by using direct and/or inverse analysis, and the validation process of the models will be performed by using digital image correlation technique. Therefore, new protocols to test composite materials will be also provided. Regarding SHM systems, conceptual tests will be conducted using damaged composite structures with sensors (e.g., commercial piezoelectric devices) to evaluate the potentialities and limitations of the proposed analytical-computational-experimental methodology. In addition, non-commercial piezoelectric sensing devices with the potential for application in SHM will be investigated, which can contribute to a new type of 3D printed sensors (embedded or not in the composite structure) and could further enhance the suitability of VBM for damage detection and quantification. The development of a new generation of sensing devices is strategic since the envisioned application of the new sensors in SHM of structures can lead to the safer design of composite structures. Therefore, the basis to develop a new and revolutionary SHM system able to provide not only diagnosis and prognosis for composite structures, but also to help a life extension planning for composite structures.

Os materiais inteligentes são caracterizados por um acoplamento multifísico que proporciona propriedades singulares de adaptabilidade. As aplicações são diversas variando nas áreas aeroespacial, robótica, bioengenharia, automobilística, dentre outras tantas. Uma busca por pesquisadores na plataforma Lattes do CNPq para materiais inteligentes forneceu a seguinte evolução: 323 em 2008; 575 em 2014; 1867 em 2022. Essa tendência mostra a importância do trabalho do INCT-Estruturas Inteligentes em Engenharia no período entre 2008 e 2014, exercendo um importante papel de consolidar essa filosofia de projeto no Brasil. A presente proposta pretende reativar e aumentar esta rede de pesquisa, consolidando o tema, buscando aplicações avançadas e fortalecendo a inovação tecnológica. De um lado, o perfil deste INCT se caracteriza pela realização de pesquisa em temas que se encontram na fronteira do conhecimento e, de outro, tem contribuído em áreas consideradas estratégicas para o desenvolvimento do país, tanto na criação de novas tecnologias, quanto na formação de pessoas nesta área. A metodologia de trabalho consiste na definição de um conjunto de subprojetos que buscam contemplar uma grande variedade de aplicações e abordagens relacionadas às Estruturas e Sistemas Inteligentes. Tais subprojetos exploram a experiência prévia dos grupos participantes e suas expectativas de avanço na pesquisa científica, além das potencialidades de inovação tecnológica em curto, médio e longo prazos. Os subprojetos desenvolvem atividades sinérgicas, incentivando estratégias inter e multidisciplinares, integrando as atividades do Instituto e evitando o isolamento dos grupos participantes.

The demand for new renewable andrecyclable materials has been growingrapidly due to increasing environmentalawareness and sustainability concerns.Several factors contribute to this risingdemand: environmental awareness,regulatory pressures, circular economyprinciples, resource limitations, wastereduction initiatives, and the push for cleanenergy. Natural fi bre-reinforced polymercomposites (NFRPCs) have gained attentionas eco-friendly alternatives to conventionalsynthetic fi bre composites, although theycome with their own set of challenges andissues. In the GreenComp project, we aim torevolutionise the fi eld by developing aclosed loop for fully eco-friendlycomposites. This involves using fl ax naturalfi bres as reinforcement and recyclable bio-based resin as the matrix. Our goal is tocreate lightweight, renewable, andrecyclable composites that are mechanicallyrobust. The optimised structures will featurebio-inspired layups to enhance theirmechanical performance.

Este projeto visa, de forma inovadora, o desenvolvimento de modelos de material para a aplicação de materiais compósitos avançados em estruturas aeronáuticas e aeroespaciais, que venham a sofrer carregamento de impacto. Entenda-se por materiais compósitos avançados como laminados que possuem camadas com rigidez variável devido à mudança da orientação das fibras dentro da própria camada, sendo neste projeto designados como Variable-Axial Composites (VAC). Dessa forma, com base nos modelos a serem desenvolvidos, poder-se-á projetar como as fibras serão depositadas em cada lâmina, possuindo ângulos variáveis a fim de se obter estruturas ultraleves, com elevada resistência mecânica e rigidez adequada para diferentes condições de carregamentos, principalmente sob impacto. Devido à amplitude do objetivo geral, tem-se que os objetivos específicos a serem atingidos serão divididos em 2 grandes grupos: Grupo I (Desenvolvimento de modelos computacionais) e Grupo II (Análise da rigidez e da resistência residual pós-impacto). Para atingir as metas do Grupo I será necessário, inicialmente, fabricar amostras do tipo VAC, bem como realizar ensaios experimentais para obter propriedades mecânicas e valores de resistência, e avaliar criteriosamente o processo de iniciação e evolução dos mecanismos de danificação e falha sob carregamentos quase-estáticos. Para tal, as amostras serão analisadas através de técnicas destrutivas e/ou não-destrutivas, visando identificar e mensurar danos/falhas e imperfeições/defeitos. No caso de imperfeições/defeitos de fabricação, buscar-se-á correlacioná-los com as variações axiais nos eixos das fibras. Tais informações permitirão formular modelos de material não somente com base nos mecanismos de danificação e falha observados durante e após os ensaios experimentais, mas também com base em defeitos de fabricação. Em seguida, os modelos formulados serão implementados computacionalmente empregando o Método dos Elementos Finitos. Sob posse desses modelos computacionais, poder-se-á cumprir as metas do Grupo II, que consiste, principalmente, em avaliar as potencialidades e limitações dos modelos implementados em prever a rigidez e/ou a resistência residual pós-impacto de estruturas do tipo VAC. Para atingir as metas do Grupo II, será necessário, inicialmente, identificar os parâmetros dos modelos de material implementados com base em ensaios experimentais realizados em diferentes tipos de amostras. Em seguida, serão executadas simulações computacionais visando prever respostas de ensaios quase-estáticos e/ou de impacto em amostras do tipo VAC. Tais amostras serão avaliadas através de técnicas destrutivas e/ou não-destrutivas, visando identificar e mensurar danos/falhas e quantificar valores de rigidez e resistência residual após impacto. Ao comparar os resultados experimentais com as previsões computacionais, poder-se-á aperfeiçoar os modelos de material e, finalmente, então, avaliar as potencialidades e limitações desses modelos em prever o comportamento mecânico de amostras do tipo VAC.

Técnicas avançadas de fabricação levaram à possibilidade de direcionar fibras de carbono ou vidro espacialmente, ou seja, variar o eixo de orientação das mesmas numa dada lâmina, que formará um laminado com rigidez variável. Isto aumenta a liberdade de projeto, gerando mais opções para desenvolver estruturas aeronáuticas avançadas. Com base em algoritmos de otimização e nos limites impostos pelo processo a ser utilizado, tem-se a possibilidade de desenvolver estruturas com rigidez variável. No entanto, um grande desafio é fabricá-las com o mínimo de defeitos possível. Pois, além de apresentarem defeitos encontrados em processos convencionais, verifica-se ainda bolsões de resina e sobreposições de reforços. Esses defeitos constituem regiões de nucleação de danos, tornando muito mais complexa a previsão de falha de estruturas aeronáuticas fabricadas, por exemplo, via Automated Fiber Placement ? AFP. Uma das alternativas é incrementar ao máximo a qualidade dos processos, porém, os custos são altíssimos, sendo que haverá sempre a probabilidade de se ter defeitos. A grande questão é: Como viabilizar o emprego de laminados com rigidez variável em estruturas aeronáuticas? Ou seja, como fabricar tais estruturas a um custo aceitável, e ao mesmo tempo garantir a segurança de voo, atendendo os requisitos de certificação? Sabe-se que as falhas podem ocorrer dentro das lâminas, bem como entre lâminas (delaminação), sendo que a previsão das mesmas é ainda mais desafiadora para laminados com rigidez variável. Pois, os algoritmos de otimização buscam a melhor deposição da fibra para que se tenha o desempenho desejado, porém gera uma distribuição muito heterogênea do polímero, criando regiões candidatas a nucleação e propagação de micro-trincas, que evoluem para a escala meso (lâmina) e macro (laminado). Assim, o desenvolvimento de modelos multi-escala, validados experimentalmente, é fundamental para se realizar a previsão de falha de uma estrutura fabricada, por exemplo, via AFP.

A utilização de materiais compósitos vem crescendo nas últimas décadas. O projeto empregando materiais compósitos termoplásticos oferece vantagens de processamento na linha de produção, podendo ser comercializados em forma de pré-impregnados, proporcionando uma redução de custos em comparação aos termofixos. Além disso, possuem a capacidade de ser recicláveis. Aliando altas relações resistência e rigidez / peso, suas propriedades elásticas são requeridas em diferentes segmentos de transporte, tais como automotivo, náutico e aeronáutico. Ademais, observa-se que características da estrutura podem ser otimizadas, através da disposição adequada da sequência de empilhamento das camadas. Deste modo, devido a sua versatilidade despertou-se o interesse nas áreas da indústria da mobilidade, induzindo um mercado promissor de desenvolvimento de peças e componentes. Porém, a fim de que se possa aplicá-los em diferentes projetos, e devido sua heterogeneidade, suas aplicações devem ser avaliadas garantindo a qualidade do produto. Neste contexto, o presente projeto tem como objetivo realizar análises experimentais e computacionais de laminados fabricados a partir de materiais compósitos termoplásticos. Com esta finalidade, ensaios e simulações serão realizados no Laboratório de Estruturas Aeronáuticas (LEA) do Grupo de Estruturas Aeronáuticas (GEA) da EESC/USP. Vale ressaltar que estudos numéricos utilizando modelos de material e o Método dos Elementos Finitos (MEF) serão realizados após a identificação dos parâmetros elásticos e de resistência. Assim, a partir dos dados obtidos neste projeto, poder-se-á verificar o potencial de aplicações estruturais de compósitos termoplásticos, principalmente, na indústria da mobilidade.

Com o emprego de materiais compósitos, surgiu a necessidade do uso de juntas coladas, que na indústria aeronáutica são utilizadas não apenas como uniões estruturais entre dois componentes, mas também como reparos tanto de estruturas em material compósito como de estruturas metálicas. Em sendo assim, aumentou-se a demanda por métodos capazes de monitorar essas estruturas em serviço, detectando a presença de possíveis danos e estimando a vida remanescente da mesma. A este processo de detecção e avaliação de dano nas estruturas em serviço tem se dado o nome de Monitoramento da Integridade Estrutural. Uma das técnicas propostas para este tipo de avaliação é através da análise da resposta vibracional dessas estruturas, uma vez que a presença de dano pode mudar parâmetros como frequências naturais e modos de vibrar, dependendo da posição, natureza e extensão do mesmo. Assim, o presente projeto visa desenvolver uma metodologia baseada no domínio da frequência, que pode ser utilizada por sistemas de Monitoramento da Integridade Estrutural aplicados a estruturas metálicas, bem como a juntas coladas submetidas a carregamentos de fadiga. Espera-se que seja possível correlacionar a variação da resposta dinâmica dessas estruturas com a sua vida em fadiga, fornecendo assim um método capaz de detectar dano e estimar a vida residual das estruturas.

Este projeto visa, de forma inovadora, o desenvolvimento de modelos computacionais para a aplicação de materiais compósitos avançados em Estruturas Aeroespaciais, ou seja, para o emprego de materiais compósitos laminados, que possuem lâminas (camadas) com rigidez variável devido à mudança da orientação das fibras dentro da própria lâmina. Dessa forma, com base nos modelos a serem desenvolvidos, poder-se-á projetar como as fibras serão depositadas em cada lâmina, possuindo ângulos variáveis a fim de se obter estruturas aeroespaciais ultraleves, com elevada resistência mecânica e rigidez adequada para diferentes condições de carregamentos. Devido à amplitude do objetivo geral, tem-se que os objetivos específicos a serem atingidos foram divididos em 2 grandes grupos: Grupo I Desenvolvimento de Modelos Computacionais, e Grupo II Aplicações Inovadoras. Para atingir os objetivos do Grupo I, será necessário: fabricar amostras de compósitos avançados, ou seja, compósitos laminados que possuem lâminas (camadas) com rigidez variável devido à mudança da orientação das fibras dentro da própria lâmina; realizar ensaios experimentais para obter propriedades mecânicas e valores de resistência, bem como para avaliar mecanismos de danificação e falha; formular modelos de material com base nos mecanismos de danificação e falha observados experimentalmente; realizar ensaios experimentais para obtenção de parâmetros associados aos modelos de material; implementar computacionalmente os modelos via MEF em MatLab e no programa ABAQUS; avaliar as potencialidades e limitações dos modelos implementados, analisando problemas de tração, flexão e flexão pós-impacto. Para atingir os objetivos do Grupo II, será necessário: empregar algoritmos de otimização para determinação da deposição ótima de fibras com ângulo variável em cada camada do laminado, visando a obtenção de estruturas aeroespaciais ultraleves e com elevada resistência mecânica em diferentes casos de carregamentos e resistência residual após impacto.

Apesar de todos os avanços, os materiais compósitos ainda não atingiram seu pleno potencial de aplicação devido a seu complexo comportamento em serviço. O desenvolvimento de novos sistemas de monitoramento da integridade estrutural pode potencializar o emprego desses materiais. Assim, este projeto busca contribuir com o desenvolvimento de sistemas autônomos de monitoramento empregando novas gerações de baterias multifuncionais para avaliar a integridade de estruturas em compósito submetidas a carregamentos de impacto.

Este projeto de pesquisa tem por objetivo desenvolver um pacote contendo soluções experimentais, numéricas e rotinas de otimização de estruturas cilíndricas com rigidez variável (RV) fabricadas por enrolamento filamentar (EF) (do inglês, filament winding). É conhecido que peças axissimétricas fabricadas pelo processo de EF tradicional possuem excelentes propriedades mecânicas. No entanto, a baixa resistência na direção da espessura em estruturas laminadas as torna suscetíveis a danos por impacto. Modificações no processo tradicional de EF visando um processo de fabricação avançado serão realizadas a fim de possibilitar a obtenção de cilindros em compósito com RV, para aumentar o leque de opções construtivas e assim facilitar o desenvolvimento de estruturas otimizadas. Serão realizados ensaios de resistência residual após impacto, tais como compressão axial e/ou radial para analisar o comportamento mecânico dos cilindros. Para realizar a otimização dessas estruturas, serão desenvolvidos modelos por elementos finitos para prever a falha e o dano progressivo dos materiais, bem como a integração com algoritmos de otimização. Protótipos de cilindros em compósito otimizados serão fabricados e avaliados experimentalmente a fim de validar os resultados obtidos. Espera-se ter, através do processo de fabricação avançado, cilindros compósitos com rigidez e peso otimizados em comparação a cilindros fabricados tradicionalmente pelo processo de EF. Além disso, espera-se que a metodologia desenvolvida possa ser empregada em escala industrial e que empresas interessadas sejam beneficiadas pelos resultados obtidos e disseminados pelo projeto.

O evento BCCM5 (5th Brazilian Conference on Composite Materials) visa ser um fórum internacional de discussão de trabalhos teóricos (novas teorias), experimentais (novos processos de fabricação e procedimentos de ensaios inovadores) e numéricos (novos métodos computacionais e simulações) da área de Materiais Compósitos, que estejam na fronteira do conhecimento. O evento também tem como objetivo fomentar a participação de estudantes de graduação e pós-graduação e jovens doutores, com valores de inscrição reduzidos para estes grupos, o que pode ser verificado no site do BCCM5 (http://www3.eesc.usp.br/bccm5/). Esse tipo de estratégia tem atraído ao longo da realização dos eventos anteriores, uma forte participação de jovens pesquisadores de várias partes do Brasil, proporcionando a eles um contato único e valioso com pesquisadores de renome internacional. Tal contato auxilia no amadurecimento desses jovens pesquisadores e constitui, muitas vezes, no início de uma parceria entre uma instituição Brasileira e uma instituição estrangeira, reforçando o vetor de internacionalização da pesquisa no país.

O BCCM (Brazilian Conference on Composite Materials) visa ser um fórum internacional de discussão de trabalhos teóricos (novas teorias), experimentais (novos processos de fabricação e procedimentos de ensaios inovadores) e numéricos (novos métodos computacionais e simulações) da área de Materiais Compósitos, que estejam na fronteira do conhecimento. O evento também tem como objetivo fomentar a participação de estudantes de graduação e pós-graduação e jovens doutores, para tanto as inscrições para estes grupos terão valores reduzidos, como pode ser verificado no site do BCCM 5 ? 5th Brazilian Conference on Composite Materials ? http://www3.eesc.usp.br/bccm5/. Este tipo de estratégia tem atraído ao longo da realização dos eventos anteriores, uma forte participação de jovens pesquisadores de várias partes do Brasil, proporcionando a eles um contato único e valioso com pesquisadores de renome internacional. Isto não somente auxilia no amadurecimento desses jovens pesquisadores, mas também constitui muitas vezes no início de uma parceria entre uma instituição Brasileira e uma instituição estrangeira, reforçando assim, o vetor de internacionalização da pesquisa no país, sendo de extrema relevância para o SNPG.

A procura de materiais com características de elevada resistência mecânica e baixa densidade e a aplicação destes materiais em produtos comerciais que possam ser utilizados pela sociedade é um desafio constante à engenharia. Materiais Compósitos Reforçados por Fibras (MCRF) têm respondido a esta solicitação com sucesso. Dentre os vários processos de fabricação com MCRF, Filament Winding (FW enrolamento filamentar ou bobinagem de filamento) tem se destacado pela sua capacidade de produção de tubos e perfis estruturais direcionando a resistência do produto para a solicitação necessária, resultando num produto otimizado, tendo FW uma vasta aplicação nos mais variados segmentos. No Brasil sua participação é da ordem de 8,7 no mercado de compósitos, tendo aplicações na manufatura de vasos de pressão, tubos, postes, etc. Este projeto visa à utilização do processo de FW para obtenção de componentes estruturais com aplicação em segmentos que apresentem viabilidade comercial descritos neste projeto. Para tanto será aberto uma empresa no Parq-Tec (incubadora de empresas em São Carlos), onde serão realizados os trabalhos do estudo do potencial comercial de componentes, determinação dos materiais a serem utilizados, projeto e dimensionamento da estrutura mecânica do compósito, manufatura da estrutura e dos corpos de prova. Num convênio com a EESC-USP, a ser firmado após abertura da empresa, serão realizados ensaios mecânicos e análises estruturais dos perfis e estruturas. Finalmente serão realizados os ensaios funcionais das estruturas e avaliação do potencial de mercado. Realizados estes estudos será encaminhado a Fapesp, no sexto mês do projeto, um projeto contendo os resultados obtidos na fase 1 e um plano de negócios para continuação do projeto nos itens de viabilidade comercial para a fase 2. Ao final do projeto os devidos relatórios serão apresentados à Fapesp. A realização deste projeto conta com uma equipe de consultores das áreas de engenharias mecânica, materiais, aeronaves, biomecânica e computação, além de bolsistas de TI e mecânica.

Um dos grandes desafios da atualidade é a realização de análises precisas que simulem nucleação e evolução de dano em materiais compósitos; bem como a criação de métodos capazes de identificar dano em estruturas aeronáuticas, e quantificar propriedades de material degeneradas e resistência e/ou vida residual. Embora diversos modelos existam para esses materiais, que estão sendo estudados desde a década de 1950, a maior parte dos modelos não produz resultados aceitáveis para projetos detalhados, muitas vezes sub ou superestimando cargas necessárias para a danificação e evolução do dano. Um dos motivos para isso se dá pela maior parte dos modelos utilizados serem fenomenológicos ou semi-empíricos, ajustando curvas ou superfícies de falha a ensaios experimentais. Uma possível solução para esse problema é a utilização de modelos baseados em análises multiescala e nos mecanismos reais de falha, modelados através de relações conhecidas da Mecânica do Dano. Diante desse cenário, o presente pesquisador vem desenvolvendo uma metodologia multiescala para previsão de dano intralaminar em materiais compósitos, o principal objetivo desta proposta está no aprimoramento dessa metodologia para inclusão de dano interlaminar (delaminação) e na utilização dessa metodologia para o desenvolvimento de métodos de detecção de dano. Para o desenvolvimento dos modelos de delaminação, será necessário: identificar, estudar, adaptar e implementar modelos pré-existentes da literatura, bem como desenvolver novas formulações de geração de microestruturas não-uniformes e de dano interlaminar, e também implementá-las. Para atingir os objetivos da proposta, será utilizada uma metodologia de pesquisa baseada em separar o problema em duas fases: (1) Desenvolvimento e implementação de uma análise multiescala para previsão e evolução de dano interlaminar sob a presença de dano intralaminar conhecido; (2) Estudo e análise da técnica de emissão acústica ultrassônica e utilização dos modelos multiescala implementados na primeira fase para auxiliar na detecção de danos em estruturas de material compósito. Os modelos desenvolvidos serão implementados junto ao pacote de elementos finitos Abaqus utilizando códigos de modelagem automatizada em linguagem Python, bem como alguns scripts stand-alone em linguagem Python e Matlab. Após a implementação dos modelos, esses serão comparados com resultados da literatura e experimentais. Deve-se ressaltar que tanto os resultados experimentais como os computacionais a serem obtidos frutificarão em trabalhos para serem apresentados em congressos nacionais e internacionais, mas principalmente em artigos científicos para serem publicados em revistas internacionais relevantes na área, sendo que isto já vem ocorrendo por parte dos trabalhos desenvolvidos pelo presente proponente. Vislumbra-se também a potencialidade da geração de patentes de inovação, principalmente, no segmento de ferramentas computacionais, que venham auxiliar no desenvolvimento de produtos fabricados a partir de materiais compósitos.

O MECSOL visa ser um fórum internacional de discussão de trabalhos teóricos, experimentais e numéricos da área de Mecânica dos Sólidos, que estejam na fronteira conhecimento. O evento também tem como objetivo fomentar a participação de estudantes de graduação e pós-graduação e jovens doutores, para tanto as inscrições para estes grupos terão valores reduzidos, seguindo as orientações da ABCM.

O MECSOL visa englobar trabalhos teóricos, experimentais e numéricos da área de Mecânica dos Sólidos. Pode-se afirmar que é o único evento internacional realizado no Brasil a cada 2 anos e que é dedicado aos seguintes assuntos: Análises de Falhas e Fadiga; Estruturas e Materiais Compósitos; Elasticidade, Plasticidade, Mecânica do Dano e da Fratura; Viscoelasticidade e Viscoplasticidade; Engenharia de Impacto; Métodos de Confiabilidade Estrutural e Otimização de Projeto baseada em Confiabilidade; Otimização de Materiais, Fluidos e Estrutura; Métodos Numéricos; Análise Não-Linear: Flambagem, Pós-Flambagem e Análises de Contato. Diante disso, o comitê técnico da área de Mecânica dos Sólidos da ABCM (Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas) assumiu, como sua principal tarefa, a organização e realização deste simpósio, fazendo dele um evento oficial da associação. Desde 2007, 6 (seis) edições do MECSOL já foram realizadas, sempre em anos ímpares, buscando estimular a participação de conferencistas internacionais, sendo o Inglês a língua oficial do evento. O evento também tem como objetivo fomentar a participação de estudantes de graduação e pós-graduação e jovens doutores, para tanto as inscrições para estes grupos terão valores reduzidos, seguindo as orientações da ABCM. De fato, para esta edição, tem-se a perspectiva de haver a apresentação de 100 trabalhos orais, 6 palestras (sendo três destas Internacionais), bem como trabalhos em formato pôster. Portanto, espera-se ter cerca de 150 participantes no MECSOL 2019, que não somente aborda assuntos de extrema relevância trazendo contribuições importantes em termos de ciência, tecnologia e inovação para o país, mas também contribui na formação de recursos humanos, atraindo a participação de graduandos e pós-graduandos. A participação ativa de pesquisadores nacionais e internacionais, bem como engenheiros do setor, do Brasil e de vários outros países também favorece o intercâmbio pessoal e científico.

Na Área de Estruturas Aeronáuticas, um dos grandes desafios atualmente é a realização de análises precisas que simulem nucleação e evolução de dano em materiais compósitos, bem como falha desses materiais. Embora diversos modelos existam para esses materiais, que estão sendo estudados desde a década de 1950, a maior parte dos modelos não produz resultados aceitáveis para projetos detalhados, muitas vezes os mesmos sub ou superestimam as tensões necessárias para a danificação e falha desses materiais, especialmente em se tratando de estruturas sob flexão ou impacto de baixa energia. Um dos motivos para isso se dá pela maior parte dos modelos utilizados serem fenomenológicos ou semi-empíricos, ajustando curvas ou superfícies de falha a ensaios experimentais. Essa abordagem negligencia o fato de materiais compósitos, por sua anisotropia e heterogeneidade, apresentarem múltiplos mecanismos físicos de danificação e falha, que ocorrem simultaneamente em diversas escalas nas diferentes fases do material (matriz, reforços e/ou interface). Uma possível solução para esse problema é a utilização de modelos baseados em análises multiescala e nos mecanismos reais de danificação e falha, modelados através de relações conhecidas da Mecânica do Dano. Diante desse cenário, o principal objetivo deste projeto consiste no estudo e desenvolvimento de modelos de dano multiescala aplicáveis a estruturas fabricadas em materiais compósitos. Para o desenvolvimento desses modelos será necessário: identificar, estudar, adaptar e implementar modelos pré-existentes da literatura, bem como desenvolver novas formulações de dano, e também implementa-las. Para atingir as metas do projeto, será utilizada uma metodologia de pesquisa baseada em separar o problema nos carregamentos aplicados sobre a estrutura em material compósito: (1) Carregamentos puramente de tração ou flexão; (2) Carregamentos combinados de flexo-tração e flexo-compressão, bem como carregamentos multiaxiais e (3) Carregamentos de impacto de baixa energia. Os modelos desenvolvidos serão implementados junto ao pacote de elementos finitos Abaqus utilizando suas ferramentas de rotinas de usuário em Fortran User Element (UEL) e/ou User Material (UMAT), bem como códigos de modelagem automatizada em linguagem Python. Após a implementação dos modelos, resultados de simulações de ensaios de tração, flexão 3-pontos, flexão 4-pontos, endentação e/ou impacto de baixa energia serão comparados com resultados experimentais e/ou provenientes da literatura. Portanto, este projeto irá contribuir para o desenvolvimento e refinamento de métodos de previsão de dano em estruturas fabricadas em material compósito.

Motivados pelas atuais tendências e suportados pelo grande interesse de indústrias do segmento aeronáutico, estudos e desenvolvimentos vêm sendo conduzidos na área de análise estrutural de materiais compósitos. Todavia, mesmo havendo várias contribuições científicas e tecnológicas nesta área, este assunto continua sendo um campo aberto e bastante promissor para novas pesquisas, devido a sua extensa complexidade e imediata aplicação. A ausência de um modelo capaz de projetar com elevada precisão uma estrutura fabricada em material compósito, que seja tolerante ao dano durante todo seu ciclo de vida, principalmente ao que concernem carregamentos cíclicos, promove uma promissora linha de pesquisa neste tema. Somado aos desafios da modelagem matemática, tem-se também os desafios experimentais, pois ainda faltam estudos conclusivos, aprofundados e extensivos em diversos tipos de fenômenos, tais como, propagação de trincas causadas por impacto e/ou fadiga e uma correta identificação/classificação dos mecanismos de dano e falha da fibra, da interface e da matriz polimérica. Durante o presente trabalho, visando desenvolver uma base bem fundamentada para estudos de fadiga, será apresentado um modelo de material para prever dano e falha em estruturas com escalonamento de camadas sob carregamento quase-estático. Uma implementação deste modelo através de elementos finitos extendidos é proposta fazendo uso de rotinas de iniciação e propagação da falha em estrutras escalonadas. Vale destacar que na indústria aeronáutica de asas rotativas, esse tipo de estrutura é bastante comum na cabeça dos rotores principais de helicópteros comerciais. Além disso, reparos mais eficientes podem se beneficiar desse tipo de empilhamento de camadas (lâminas) escalonado.

Atualmente, na Engenharia Aeronáutica, um dos grandes desafios é a realização de análises precisas, que simulem nucleação e evolução de dano e falha em materiais compósitos. Embora diversos modelos existam para esses materiais, e estejam sendo estudados desde 1950, a maior parte dos modelos não produz resultados aceitáveis para projetos detalhados. De fato, muitas vezes os modelos sub ou superestimam as cargas necessárias para a danificação e falha desses materiais. Um dos motivos disso atribuí-se aos modelos utilizados serem fenomenológicos ou semi-empíricos, ajustando curvas ou superfícies de falha a ensaios experimentais. Essa abordagem negligencia o fato de materiais compósitos, por sua anisotropia e heterogeneidade, apresentarem múltiplos mecanismos físicos de falha, que ocorrem simultaneamente em diversas escalas nas diferentes fases do material. Uma possível solução para esse problema é a utilização de modelos baseados em análises multiescala e nos mecanismos reais de falha, empregando relações da Mecânica do Dano e fundamentos da Mecânica da Fratura. Diante desse cenário, o principal objetivo do projeto a ser desenvolvido junto à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) consiste no desenvolvimento de modelos de dano multiescala aplicáveis a estruturas de materiais compósitos. Para o desenvolvimento desses modelos será necessário: identificar, estudar, adaptar e implementar modelos computacionais. Os modelos desenvolvidos serão implementados junto ao pacote de elementos finitos Abaqus, utilizando suas ferramentas de rotinas de usuário em Fortran User Element (UEL) e/ou User Material (UMAT), bem como códigos de modelagem automatizada em linguagem Python e/ou MatLab. Após a implementação dos modelos, resultados de simulações serão comparados com resultados experimentais provenientes da literatura. Portanto, este trabalho irá contribuir para o desenvolvimento e refinamento de métodos de previsão de mecanismos de dano e falha (por exemplo, delaminação) em estruturas fabricadas em material compósito.

Esse projeto de pesquisa tem por objetivo o estudo, projeto e construção de um túnel de vento. Esse túnel será uma bancada de testes para validar experimentalmente, os programas e rotinas computacionais a serem desenvolvidos, paralelamente por este coordenador, para simulação de fenômenos aeroelásticos para previsão de falhas em estruturas aeronáuticas. Através de uma metodologia analítico-computacional proposta (que inclui simulações em dinâmica dos fluidos), o projeto do túnel de vento assumirá um seção de teste com área transversal de 40cmx40cm, comprimento de 200cm e velocidade do fluxo de ar de 60m/s (regime sub-sônico). Além da seção de teste, as seções que tratam da estabilização do fluxo, do direcionamento do fluxo, dos difusores, da contração do fluxo e do ventilador serão projetadas para minimizar a perda de carga do circuito e assim reduzir e otimizar a potência nominal do ventilador a ser comprado. O custo de construção foi estimado inicialmente em torno de R$60.000,00. Neste valor estão inclusos um ventilador industrial de alta vazão e alta pressão, metalons, cantoneiras, chapas de aço, fixadores, bolsa para aluno de inciação científica, serviços de serralheria e pintura, etc..

The present proposal consists on developing new multi-scale based damage evolution and failure models for prognosis of composite structures with more accuracy. In fact, Talreja?s models will be improved and modified to incorporate damage effects caused by bending and combined loads, as well as interlaminar effects, generating Talreja and Tita?s models (?T&T?s models?). Different experimental tests will be carried out for balanced and unbalanced laminates to evaluate material models. Thus, numerical results will be compared to the experimental ones, observing not only numerical issues, but also mainly the accuracy of the material model to predict the composite structure behavior. Therefore, this proposal will provide relevant advancements in models based on multi-scale approach, and failure analysis based on physics mechanisms. In addition, new methodologies will be developed in order to identify model parameters and to validate material models. Besides, the automation of these methodologies by using Python, UMAT and/or UEL subroutines linked to ABAQUS will create opportunities to have prognosis of complex composite aircraft structures.

O presente projeto de pesquisa tem como um dos objetivos principais o desenvolvimento de modelos inovadores para a previsão do comportamento de estruturas fabricadas em material compósito. Portanto, numa Fase I, serão formulados matematicamente, programados computacionalmente e validados, tanto modelos de material como elementos finitos inovadores visando à previsão do comportamento de estruturas fabricadas em material compósito e/ou material compósito inteligente (material compósito associado com material piezelétrico). Por outro lado, um sistema SHM (Structural Health Monitoring) instalado na estrutura fabricada em material compósito inteligente não somente pode garantir maior segurança e confiabilidade, mas também substituir o plano de manutenção tradicional, reduzindo os custos e prevenindo manutenções desnecessárias. Tal sistema deve informar em tempo real, durante a vida da estrutura, um diagnóstico do estado e a condição da mesma, que deve estar de acordo com o especificado pelo projeto estrutural inicial. Diante desse cenário, numa Fase II, o principal objetivo do presente projeto consiste no desenvolvimento de um critério para monitorar a resistência residual de estruturas em material compósito danificadas por carregamento de impacto. Para o desenvolvimento deste critério, será necessário: identificar e localizar danos, bem como calcular a severidade do dano para estimar a resistência residual da estrutura em compósito, empregando, principalmente, métodos vibracionais.

Os polímeros biodegradáveis são uma alternativa vantajosa para desenvolver novos conceitos regenerativos para dispositivos médicos implantáveis para reparação de tecidos moles, como ligamentos, cartilagens, pele, vasos sanguíneos, etc. Estes dispositivos biodegradaveis devem substituir temporariamente as funções biomecânicas, e transferi-las gradualmente para o neo-tecido formado sob a estrutura temporária enquanto o material vai degradando e, por fim, é totalmente erodido e assimilado pelo tecido hospedeiro. Idealmente, o dispositivo deveria degradar as propriedades mecânicas de forma compatível com o tempo de regeneração do tecido biológico. Contudo, o projeto e dimensionamento destes dispositivos carece ainda de ferramentas e métodos de previsão e simulação do comportamento mecânico durante a degradação hidrolítica. Diante deste contexto, o objetivo principal deste projeto de pesquisa é o desenvolvimento de metodologias capazes de simular o comportamento mecânico de dispositivos em polímeros biodegradáveis, durante os vários estágios de degradação. Assim, a convergência iterativa à solução ótima pode ser feita computacionalmente, através de modelos de material a serem implementados num programa de elementos finitos, como o ABAQUS®. Para cumprir o objetivo essencial do projeto, vamos recorrer a uma abordagem semelhante ao já feito em anteriores trabalhos do pesquisador responsável, que consiste em combinar modelos da cinética da hidrólise com modelos constitutivos. Estes modelos devem ser capazes de representar o comportamento mecânico viscoplástico dos materiais, uma vez que em serviço a estrutura temporária estará sujeita a cargas dinâmicas ou estáticas, em muitos casos superiores ao limite de escoamento.

O presente projeto consiste, num primeiro momento, em calcular as propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras estruturais, ou seja, fibras de vidro ou carbono, considerando contato perfeito ou não entre as fibras e a matriz polimérica. Num segundo momento, buscar-se-á determinar as propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras piezelétricas, novamente, considerando contato perfeito ou não entre as fibras e a matriz polimérica. Devido à magnitude do objetivo geral, o mesmo será subdividido em duas fases. A Primeira Fase abordará o cálculo das propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras estruturais. Dessa forma, serão desenvolvidos modelos computacionais baseados em conceitos de Volume Elementar Representativo (VER), com solução via Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de se obter as propriedades mecânicas, mais especificamente, os coeficientes efetivos associados ao tensor constitutivo, considerando não somente contato perfeito entre fibra e matriz, mas também contato imperfeito homogêneo e não-homogêneo. Paralelamente, serão desenvolvidos modelos baseados em conceitos de Célula Unitária, com solução via Métodos Analíticos (AHM ? Método de Homogeneização Assintótica) e/ou Métodos Semi-Analíticos a fim de se obter os mesmos coeficientes efetivos associados ao tensor constitutivo, considerando contato perfeito entre fibra e matriz, mas também contato imperfeito homogêneo e não-homogêneo. Em seguida, serão avaliadas as potencialidades e limitações dos modelos propostos, comparando os resultados obtidos através de informações da literatura, do emprego das Relações Universais e/ou com base em resultados experimentais. Caso os resultados forem muito divergentes não somente entre si, mas também quando comparados com dados da literatura e/ou experimentais, buscar-se-á incrementar melhorias tanto nos modelos numéricos, como nos analíticos e/ou no semi-analíticos. A Segunda Fase abordará o cálculo das propriedades efetivas de materiais compósitos reforçados por fibras piezelétricas. Dessa forma, será empregada a mesma metodologia supracitada, no entanto, não serão calculados apenas os coeficientes efetivos mecânicos, mas também os dielétricos e piezelétricos, considerando não somente contato perfeito entre fibra e matriz, mas também contato imperfeito homogêneo e não-homogêneo.

As recentes melhorias nos processos de fabricação e nas propriedades dos materiais associadas a excelentes características mecânicas e baixo peso tornam os materiais compósitos muito atrativos para aplicação em estruturas aeroespaciais. Vários critérios e teorias de falha têm sido desenvolvidos para descrever o processo de dano e sua evolução, mas a solução do problema ainda está em aberto. Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo de delaminação (falha interlaminar) e a sua aplicação para simular a falha progressiva de estruturas fabricadas em material compósito. O modelo de delaminação a ser desenvolvido será implementado como sub-rotinas em linguagem FORTRAN (UMAT-User Material Subroutine e UEL - User Element Subroutine), a serem compiladas junto ao programa comercial de Elementos Finitos ABAQUSTM. A validação do modelo será realizada através da comparação dos resultados numéricos com resultados experimentais. Paralelamente ao desenvolvimento do modelo de delaminação, será desenvolvida uma nova formulação para elementos finitos de casca laminada baseada no método dos elementos finitos generalizados de modo a melhorar os resultados das simulações numéricas onde ocorrem fenômenos de localização assim como grandes gradientes de tensão como é o caso de simulações que envolvem falha progressiva. A formulação de elementos finitos será então verificada através de experimentos numéricos tradicionais. Por fim, uma vez validado a formulação de elementos finitos, o modelo de material contemplando o processo de falha intralaminar e interlaminar será incorporado a formulação de elementos finitos generalizados e então novamente validado através de comparações entre resultados numéricos e experimentais.