José Augusto Ignacio da Silva.

Este projeto propõe a formulação de novos modelos e métodos para o estudo de problemas de interação dinâmica solo-estrutura. A proposta inclui o desenvolvimento de métodos acoplados envolvendo formulações de elementos finitos, de contorno, e discretos, assim como de perfectly matched layer. Novos modelos constitutivos serão incorporados para a representação de grãos e do solo como meios granulares. Esquemas de eficiência computacional baseados em redes neurais serão desenvolvidos para permitir análises em larga escala. Soluções transientes serão formuladas para a análise de fenômenos transientes como terremotos. Esses métodos permitirão a análise de otimização de problemas envolvendo o solo e outros meios ilimitados, incluindo leis constitutivas apropriadas, a consideração correta de suportes flexíveis e dissipação de energia, e a inclusão de funções-objetivo e restrições adequadas para representar estruturas vibrando. Os métodos propostos vão melhorar significativamente nossa compreensão sobre como estruturas se comportam, e ajudar engenheiros e arquitetos a obter projetos otimizados de instalações de grande porte sensíveis a vibração, como aceleradores de partículas, usinas nucleares e silos, assim como criar estratégias para protegê-las contra vibrações vindas do solo. A proposta também inclui um plano para o desenvolvimento de um currículo de ensino novo e melhorado, baseado em filosofias modernas de aprendizado, e que promove inclusão, ao mesmo tempo em que é atual e relevante para a carreira acadêmica e profissional dos alunos

Aeroelastic systems can operate in a self-excited mechanism. Under this condition, these can exhibit self-sustained oscillations resulting in a catastrophic unstable behavior or undesired limit cycle oscillations (LCOs). The mitigation and/or harvesting process of the energy contained in the structures when these phenomena take place has been received significant interest from the researchers. The present research proposal focuses on developing a systematic procedure for these self-excited problems to design piezoelectric energy harvesting systems enhanced by employing nonlinear energy sinks. The used harvesting device comprises a NES with a small mass, pure cubic hardening stiffness, and linear viscous damping coupled to a piezoelectric transducer. Two aeroelastic problems are considered: ($i$) nonlinear flutter in a typical aeroelastic section ($ii$) galloping phenomenon in a square prism. For these two problems, the system's stability analysis with the piezo-NES will be investigated by using the Method of Multiple Scales (MMS). A parametric study will be carried out to verify the influence of piezo-NES parameters to harvest power from the primary system and suppress its LCO's amplitudes and the instabilities. The analysis of the Invariant Manifolds (IM) will be conducted to design appropriate piezo-NES parameters. Based on this analysis, the piezo-NES parameters are set according to the desired dynamic response, which in this work corresponds that gives more effective harvest process. With the execution of this research project, it will be expected to find conditions via MMS that result in a systematic procedure to design the piezo-NES for these problems, which can be easily expanded to be applied for other types of self-excited problems by using the same attachment.

Sistemas aeroelásticos podem exibir um comportamento não-linear, em função da grande demanda de fontes de não-linearidades existentes nestes. O comportamento destes sistemas na presença de não-linearidades étotalmente diferente daquele previsto por técnicas lineares comumente utilizadas na definição do envelope de voo da aeronave, assim o sistema pode apresentar regiões instáveis de operação mesmo estando dentro do envelope de voo estipulado por técnicas lineares, em função destas não serem capazes de prever o comportamento dinâmico do sistema na presença de não-linearidades. As fontes de não-linearidades estruturais são sem dúvida predominantes nestes sistemas e assim é feito um grande esforço da comunidade científica emestudar o comportamento dinâmico e trabalhar na formulação de modelos matemáticos capazes de predizer o comportamento não-linear deste. Neste contexto, esta proposta é focada no estudo e caracterização dinâmica de sistemas aeroelásticos na presença de não-linearidades estruturais combinadas tanto em efeito e também a cerca de sua atuação nos graus de liberdade do sistema aeroelástico, visto que na prática tal configuração é verificada. O modelo da seção típica de um aerofólio de 3 DOF é utilizado juntamente com um modelo paraaerodinâmica não-estacionária subsônica linear para movimentos arbitrários. As não-linearidades estruturais de folga e atrito na superfície de controle, rigidez cúbica (hardening) associada ao movimento de arfagem e folga hardening na superfície de controle são estudadas. A metodologia utilizada na caracterização dinâmica do sistema é baseada na análise dos Diagramas de Bifurcação à serem construídos pelos resultados obtidos por integração numérica das equações do movimento e baseado na aproximação analítica obtida pelo Método das Múltiplas Escalas (MMS). Testes experimentais serão conduzidos para validação dos resultados obtidos com os modelos matemáticos desenvolvidos.

O presente trabalho tem como objetivo a aplicação da tecnologia de controle ativo, empregando materiais piezoelétricos, para o controle de vibrações estruturais de helicópteros causadas pelo fenômeno instável conhecido como Ground Resonance Helicopter (ressonância de solo em helicópteros) que pode levar, em poucos segundos, a destruição completa e catastrófica da aeronave. O método de Newton-Euler será utilizado na modelagem matemática do conjunto rotor-hélices-fuselagem. Cada hélice do helicóptero será modelada como uma viga de Euler-Bernouilli contendo materiais piezoelétricos incorporados. A técnica dos modos assumidos será usada na construção do modelo nominal da viga e em sua secção será atribuído um perl aerodinâmico constante ao longo do seu comprimento. Diante das incertezas inerentes à formulação matemática do sistema, propõe-se o uso dos controladores robustos para o problema apresentado. A formulação básica para a análise e projeto destes controladores será discutida e analisada através de um conjunto de simulações numéricas efetuado para a avaliação da robustez, estabilidade e desempenho dos mesmos.