Os hidrocarbonetos são encontrados sob alta pressão em rochas porosas, denominadas rochas reservatório. A camada pré-sal apresenta rochas reservatório cobertas por uma camada impermeável de sal de grande espessura. Ocorrências de estruturas salinas são favoráveis para o aprisionamento dos hidrocarbonetos e aumentam a probabilidade de sucesso na prospecção de óleo e gás, pois são excelentes rochas capeadoras, de porosidade e permeabilidade praticamente nulas. As rochas salinas apresentam deformação lenta e contínua quando submetidas a tensões constantes, fenômeno conhecido como fluência. Durante a perfuração de poços através de espessas camadas de sal podem ocorrer problemas operacionais, como o aprisionamento da coluna de perfuração e o colapso do poço. Ainda, a fluência pode levar ao colapso os revestimentos de um poço de petróleo revestido. Estes contratempos geram grandes desafios e criam oportunidades de evolução na indústria do petróleo. Neste contexto, este trabalho consiste na análise numérica da escavação de poços em rochas salinas para exploração de petróleo, com o estudo do comportamento geomecânico do sal utilizando o programa de elementos finitos Abaqus®. O efeito da fluência do sal durante e após a perfuração e cimentação dos poços foi verificado utilizando diferentes pesos de fluido de perfuração, simulado como não penetrante. Análises dos deslocamentos, deformações e tensões na parede do poço e em sua vizinhança foram realizadas por meio de análises de deformação plana e análises axissimétricas. Após a instalação do revestimento e cimentação do poço que engloba tanto o processo de endurecimento do cimento, quanto a resposta de fluência da camada de sal, pôde-se analisar os deslocamentos, deformações e o comportamento das tensões na fronteira sal-cimento, evitando possíveis intervenções em poços que acarretam perdas econômicas. Sendo assim, este estudo auxilia no monitoramento e controle do fechamento de poços de petróleo em evaporito, após a escavação e cimentação do poço, evitando os diversos problemas decorrentes do comportamento de fluência do sal. / Hydrocarbons are found under high pressure in porous rocks, called reservoir rocks. The presalt layer shows reservoir rock covered by an impermeable salt thick layer. Occurrences of salt structures are favorable for trapping of hydrocarbons and increase the probability of success in oil and gas prospecting. They are excellent cap rocks with porosity and permeability practically nil. Salt rock present creep when subjected to continuous and constant stress. During well drilling through thick salt layers operational problems may occur like the imprisonment of the drill string and the collapse of the well. Also, creep may cause the collapse of the well casing. These setbacks create great challenges and opportunities for the evolution of the oil industry. In this context, this work proposes the numerical analysis of well excavation in salt rock for oil exploration with the study of the geomechanical behavior of salt using a finite element method (FEM) software Abaqus®. The effect of salt creep during and after drilling and cementing of wells was verified using different weights of the drilling fluid assumed to be non-penetrable with respect to the wellbore formation. Analysis of displacements, strains and stresses on the face of the wellbore and into the salt formation were performed with plane strain and axisymmetric techniques. After installation of the well casing, cementing is simulated encompassing cement hardening as well as salt creep. It was possible to analyze displacements, strains and the behavior of the stress interactions between the existing boundary cement-salt formation, avoiding possible unnecessary workover operations that cause economical losses. Thus, this study assists in the control and monitoring of closing oil wells in evaporite, after excavation and cementing the well, avoiding many problems stemming from the behavior creep of salt.

Nesta pesquisa, estuda-se o fenômeno de localização de modos de vibração em estruturas moduladas quase periódicas de comportamento linear e não-linear. Em particular, contempla-se uma aplicação na Engenharia Civil, os painéis de placas periódicos com pequenas imperfeições fracamente acoplados entre si através de viga de grande rigidez, e principalmente submetidos à variação de forças de membrana introduzidas por meio da protensão, o que só pode ser levado em conta introduzindo a rigidez geométrica no modelo matemático. No caso de sistemas lineares, a presença de pequenas desordens nas características de rigidez ou massa de subsistemas fracamente acoplados pode causar confinamento espacial nas vibrações livres, conhecido como Localização de Modos, e pode inibir a propagação da resposta forçada. È o que tem sido mostrado na literatura técnica, em especial nas áreas de Engenharia Mecânica e Aeroespacial. Os efeitos de localização serão obtidos numa perspectiva modal. O programa de elementos finitos DYMPLATE implementado pelo autor para análise dinâmica não-linear de estruturas de placas, será utilizado para modelar estruturas periódicas (ordenadas) e quase periódicas (desordenadas). Os modelos são linearizados em torno de configurações deformadas de referência. O problema algébrico de autovalores é resolvido para obter as freqüências naturais e correspondentes modos de vibração. Estruturas planas constituídas por placas protendidas com módulos repetidos, pequenas imperfeições e diferentes condições de apoio e de carregamento, serão utilizadas na investigação numérica da influência de diversos fatores na Localização de Modos, em especial as forças de membrana. / In this research, the phenomenon of vibration modes localization in nearly periodic modular structures of linear and nonlinear behavior is studied. Of special interest is an application in Civil Engineering, lightly coupled periodic plate panels with small imperfections, mainly submitted to the variation of membrane forces introduced by prestress forces, which can be only considered by introducing geometric stiffness in the mathematical model. In the linear case, the presence of small disorders in the stiffness or mass characteristics of lightly coupled sub-systems can cause spatial confinement of free vibrations, known as Mode Localization, and can inhibit the propagation of the forced response. That is what has been shown in the literature, especially in the areas of Mechanical and Aerospace Engineering. The effects of localization are viewed from a modal perspective. DYMPLATE, a finite element software implemented by the author for nonlinear dynamic analysis of plates, will be utilized to model ordered and disordered plate periodic structures. The models are linearized about a deformed reference configuration. The algebraic eigenvalue problem is solved to obtain the natural frequencies and corresponding modes shapes. Plane structures constituted by prestressed plates with repetitive dynamic characteristics, small imperfections and different boundary conditions and loads, will be utilized in the numerical investigation of the influence of numerous factors in the Mode Localization.

Este trabalho apresenta um estudo para aerogerador de pequeno porte projetado inicialmente para uso residencial. A ênfase está na modelagem e simulação virtual da estrutura das pás em compósito de fibra de vidro. A modelagem geométrica foi feita com software para desenho assistido por computador (CAD 3D). Para o projeto, foi escolhido o perfil MH110 que apresenta boa relação entre coeficiente de sustentação e coeficiente de arrasto e facilidade de fabricação. Os parâmetros como o diâmetro do rotor, a corda e a torção da pá, as relações entre velocidades e a aplicação de cargas na estrutura do material utilizado foram definidos segundo bibliografia específica, software para análise de perfil aerodinâmico e simulações pelo método dos elementos finitos. Procurou-se buscar sempre a maior eficiência, segurança e economia. O material considerado para o projeto das pás foi projetado para resistir às tensões decorrentes de operação em condições consideradas normais e para rajadas de vento. A simulação pelo método dos elementos finitos foi conduzida com ferramenta computacional e levou em conta os limites de falha do material utilizado. A geometria foi simulada sem reforço interno e apresentou baixo deslocamento quando submetida às cargas aerodinâmicas de empuxo e rotacional. Ao realizar simulação com critério de falha, foi possível determinar a espessura mais adequada para o material compósito e verificar seu comportamento de acordo com diferentes velocidades de vento. / This work presents a study for small wind generator designed for residential usage. The emphasis is modeling and virtual simulation of the blade structure made in composite material (fiberglass). Geometric modeling was performed by computer aided design (CAD 3D) software. The MH110 profile was chosen for design because it presents good ratio of lift coefficient and drag coefficient, and manufacturing facility. Parameters such as rotor diameter, chord and blade twist, the relationship between the blade speeds, and the application of loads on the material used were defined according to specific bibliography, software for airfoil analysis and simulations by finite element method. It tried to always seek most efficiency, safety and economy. The material was designed to withstand the stresses arising from operation under conditions considered normal and wind gusts. The simulation by finite element method was conducted by computational tool and took into account the material failure criterion. The geometry was simulated without internal reinforcement and presented low displacement when subjected to aerodynamic loads of thrust and rotational forces. When performing simulation with the failure criterion, it was possible to determine the most appropriate thickness for the composite material and verify its behavior under different wind speeds.

Dissertação(mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica, Escola de Engenharia, 2003. / Submitted by Lilian M. Silva (lilianmadeirasilva@hotmail.com) on 2013-04-20T19:14:04Z No. of bitstreams: 1 Estudo da solução laje de concreto armado sobre base elástica para pavimentos portuários através do método dos elementos finitos..pdf: 2845655 bytes, checksum: ebe54cac72143405d98248889799b47a (MD5) / Approved for entry into archive by Bruna Vieira(bruninha_vieira@ibest.com.br) on 2013-06-08T22:32:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Estudo da solução laje de concreto armado sobre base elástica para pavimentos portuários através do método dos elementos finitos..pdf: 2845655 bytes, checksum: ebe54cac72143405d98248889799b47a (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-08T22:32:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estudo da solução laje de concreto armado sobre base elástica para pavimentos portuários através do método dos elementos finitos..pdf: 2845655 bytes, checksum: ebe54cac72143405d98248889799b47a (MD5) Previous issue date: 2003 / Os pavimentos dos portos normalmente estão sujeitos à cargas de grande intensidade. Quando a posição da carga é fixa, pode-se adotar a solução de estaqueamento, como é feito sob as bases dos guindastes fixos, por exemplo. Contudo, quando a posição das cargas é variável, como nos pátios de armazenamento de contêineres e nos locais de trânsito das empilhadeiras e guindastes móveis, uma solução em pavimento de concreto deve ser adotada. Dependendo da intensidade das cargas este pavimento de concreto deverá ser armado. O objetivo deste trabalho é estudar o comportamento de lajes de concreto armado apoiadas diretamente no solo (base elástica) sob a ação de cargas distribuídas e concentradas, devidas à equipamentos portuários, empregando o método dos elementos finitos. O concreto é modelado através de elementos finitos isoparamétricos quadráticos de oito nós, no qual a formulação de placas de Mindlin e o estado plano de tensões são combinados. O modelo constitutivo do concreto é bidimensional, e inclui o comportamento não-linear do material e a fissuração. A armadura é considerada como uma camada mais rígida dentro do elemento de concreto, que apenas resiste a esforços axiais na direção das barras.Através do Princípio dos Trabalhos Virtuais é incluída uma base elástica contínua sob todo o elemento, para representar o solo. O modelo foi testado comparando seus resultados com resultados numéricos e experimentais obtidos por outros autores. É apresentado um estudo de casode pavimento portuário submetido à cargas de grande intensidade, onde foram testadas várias variáveis como espessura da placa, resistência à compressão do concreto, taxa de armadura e coeficiente de reação vertical do solo. / Ports pavements are usually subjected to heavy equipment loads. When the loading position is fixed, the pile foundation solution can be adopted, under the basis of fixed cranes, for example. However, when the loading position is variable, as in container storage areas and in places subjected to movable cranes and stackers traffic, a solution in concrete mat foundation should be adopted. Depending on the loading intensity, this concrete slab should be reinforced. The objective of this work is to study the behavior of reinforced concrete mat foundations under the action of distributed and concentrated loads due to port equipments using the finite element method. The mat is modeled through isoparametric eight node elements, in which Mindlin plate bending and plane stress state formulations are combined. The concrete constitutive model is two-dimensional and includes material’s non-linear behavior and cracking. The reinforcement is considered as a stiffer layer inside the concrete element resisting only to axial forces in the bars direction. In order to represent the soil, a continuous elastic base is included under the whole element. The computational program was tested against numerical and experimental results obtained by other authors. A case of study considering a port pavement submitted to large loads is presented. Mat foundation thickness, concrete compressive strength, reinforcement rate and soil’s coefficient of sub grade reaction were taken as variables and tested.

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:42:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Chang_PauloLeeKungCaetano_M.pdf: 2268901 bytes, checksum: 969b1f62e6eb27512023a9dccd41cac6 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho estuda-se a propagação de ondas em meios elásticos periódicos e meios poro-elásticos. Para o estudo da propagação de ondas em meios elásticos periódicos, modelos discretos uni e bidimensionais são gerados - seguindo padrões encontrados na literatura - e simulados para a obtenção da estrutura de banda e da resposta em frequência, com o objetivo de observar-se o fenômeno band gap. Em seguida, estuda-se a propagação de ondas e a absorção em meios poro-elásticos periódicos. As equações diferenciais de movimento acopladas da poro-elasticidade são obtidas da formulação mista (u,p), baseada no modelo de Biot-Allard. A modelagem numérica do problema de propagação de ondas em meios poro-elásticos é feita utilizando-se o método dos elementos finitos. Mostra-se por meio de simulações numéricas como os padrões de periodicidade influenciam na estrutura de banda da matriz elástica do material poro-elástico e no comportamento global da curva de absorção. Finalmente, as principais conclusões são apresentadas e sugestões para trabalhos futuros são propostas / Abstract: In this work, a study of propagation of sound in elastic periodic materials and poroelastic media is made. One and two dimension discreet models are produced - following the literature - for the purpose of studying wave propagation in periodic elastic materials. The band structure and the frequency response of these materials are obtained by simulation of these models with the intention of observing the phenomenon of band gap. The case for periodic porous media is then studied. The wave equations for the poroelastic media are derived from the mixed displacement-pressure formulation based on the Biot-Allard's poroelasticity equations. The numerical solution of the wave propagation in porous media problem is calculated by the finite element method. It is showed how different periodic patterns affect the band structure of the solid phase of the porous materials and its acoustic absorption. Finally, the main conclusions are presented and some suggestions for future work are made / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T00:20:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Salles_BrunoBarbosadeOliveiraFerreira_M.pdf: 1743784 bytes, checksum: 438a0b9981dbede83c23bbafd7f95964 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho tem por objetivo desenvolver um algoritmo computacional para otimização de forma da superfície de mancais hidrodinâmicos. O algoritmo usa a teoria de lubrificação elastohidrodinâmica que leva em conta a deformação elástica do mancal devido à distribuição de pressão hidrodinâmica. Esta distribuição de pressão é calculada resolvendo-se a equação de Reynolds por meio do Método de Elementos Finitos (MEF). O MEF também foi usado para calcular a deformação radial do mancal. Uma metodologia de otimização foi então aplicada para obter um novo mancal com melhor desempenho, mudando-se apenas a geometria da superfície do mancal / Abstract: The aim of this work is to develop a computational algorithm for bearing surface shape optimization. The algorithm uses the elastohydrodynamic lubrication theory that takes into account the elastic bearing deformation due to the hydrodynamic pressure distribution. This pressure distribution is calculated by solving the Reynolds equation using the Finite Element Method (FEM). The FEM is also used to calculate the bearing radial deformation. An optimization methodology is applied to obtain a new bearing with better performance characteristics by changing only the geometry of the bearing surface / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Hugo Enrique Hernandez Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T14:24:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_LucianoPradode_D.pdf: 36412783 bytes, checksum: 0d0ea68334e1df0ae3e61e59014f3f68 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo dos efeitos dos modos espúrios na análise modal e em esquemas de propagação de feixes na modelagem de guias de onda por elementos finitos mistos. A presença dos modos espúrios no espectro das matrizes de elementos finitos é investigada e discutida a partir de uma formulação alternativa para a análise modal em guias de onda bidimensionais, onde a condição de divergente nulo é imposta inicialmente na equação vetorial de onda. Um novo esquema de propagação de feixes é proposto substituindo a componente longitudinal da equação vetorial de onda pela equação de Gauss e uma análise do efeito dos modos espúrios sobre os esquemas de propagação de feixes é realizada. Testes computacionais de convergência e estabilidade dos novos esquemas de propagação de feixes, assim como dos esquemas convencionais, são apresentados / Abstract: This work shows a study of the effects of spurious modes in the modal analysis and in beam propagation schemes based on finite element mixed for modeling bidimensional waveguides structures. The presence of spurious modes in the spectrum of the finite element matrices is investigated and discussed from an alternative formulation for modal analysis of two-dimensional waveguides, where the divergence-free condition is imposed on the vector wave equation. A new beam propagation scheme is proposed by replacing the longitudinal component of the vectorial wave equation with Gauss equation, and analysis of the effect of spurious modes on beam propagations schemes is performed. Computational convergence and stability tests for the new beam propagations schemes as well as the conventional schemes are presented / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Cette thèse est consacrée au développement d'outils pour FreeFem++ destinés à faciliter la résolution des problèmes d'optimisation. Ce travail se compose de deux parties principales. La première consiste en la programmation, la validation et l'exploitation d'interfaces permettant l¿utilisation de routines d'optimisation directement dans le logiciel. La seconde comprend le développement de solutions pour le calcul automatisé des dérivées, toujours au sein de FreeFem++, en exploitant les paradigmes de la différentiation automatique. FreeFem++ est un environnement de développement intégré dédié à la résolution numérique d¿équations aux dérivées partielles en dimension 2 et 3. Son langage ergonomique permet à l'utilisateur d'exploiter aisément ses nombreux outils de création de maillages, de résolution de systèmes linéaires, ainsi que ses bibliothèques d'éléments finis, etc... Nous introduisons les nouvelles routines d'optimisation désormais accessibles depuis la bibliothèque de modules du logiciel. En particulier, le logiciel libre d'optimisation sous contraintes IPOPT, qui implémente une méthode de points intérieurs très robuste pour l¿optimisation en grande dimension. Nous appliquons avec succès ces algorithmes à une série de problèmes concrets parmi lesquels la résolution numérique de problèmes de sur- faces minimales, la simulation de condensats de Bose-Einstein, ou encore un problème de positionnement inverse en mécanique des fluides. Une version prototypique de FreeFem++ contenant les outils de différentiation automatique est présentée, après avoir exposé les principes fondamentaux de cette méthode de calcul de dérivées pour le calcul scientifique. / The goal of this Ph.D. thesis was the development of tools for the FreeFem++ software in order to make optimization problems easier to deal with. This has been accomplished following two main directions. Firstly, a set of optimization softwares is interfaced and validated before making use of them. Then, we analyse the field of automatic differentiation as a potential mean of simplification for the users. FreeFem++ is an integrated development environment dedicated to numerically solving partial differential equations. Its high level language allows the user for a comfortable experience while using its mesh generation capabilities, linear system solvers, as well as finite elements capabilities. We describe the newly available optimization features, with a certain emphasis on the open source software IPOPT, which implements a state of the art interior points method for large scale optimization. These optimization tools are then used in a set of quite successful applications, among which minimal surfaces, Bose-Einstein condensate simulation, and an inverse positioning problem in the context of computational fluid dynamics. Finally, after an introduction to the techniques of algorithmic differentiation, we also present an unstable prototype version of FreeFem++ including automatic differentiation features.

This master's thesis deals with stress analysis and optimalization frame of the self- loading package transporter. It consists the analysis of original frame, the proposed changes and analysis of new frame.

This master’s thesis deals with VUT 081 Kondor composite fuselage design and control system layout design. Load computation and selection of critical load cases are made. Principal inner surfaces of the fuselage are designed with respect to basic ergonomic requirements of the crew. Construction materials are chosen and a layup of composite materials is performed. Fuselage FEM model is made in MSC Patran/Nastran system and the structure-strength analysis is given for chosen load cases.