[pt] O objetivo princioal deste trabalho é estudar a viabilidade do uso de técnicas numéricas simples para aproximar a solução de uma classe de problemas Elasto-Víscoplasticos no dominio de pequenas deformações, e estabelecer qualitativamente um domínio de validade numérico para esta análise. Neste caso o método de Galerkin é utilizado para integrar e conjunto de equações Elasto-Viseoplastieas no espaço e esquemas de integração Explicitos do tipo Preditor-Corretor são usados para integrar no tempo o conjunto de equações semi-discreto. O conjunto de leis de comportamento Elasto-Viscoplastico (proposto por Lemaitre e Chaboche) é desenvolvido num contexto termodinâmico associando-se Variáveis Internas aos vários Mecanismos Dissipativos que um material Elasto-Viscoplastico apresenta vários Mecanismos Dissipativos que um material Elasto-Viscoplastico apresenta durante sua evolução. Neste trabalho serão analisados alguns aspectos dos esquemas propostos como a estabilidade do Esquema de Integração Temporal e o problema de Trancamento da malha além da abordagem de tópicos como o problema de Contato Unilateral de materiais Elasto- Viscoplasticos sujeitos a pequenas deformações. / [en] In the present work We study the possibility of appling a simple numerical procedures to aproximate the solution of Elastic-Viscoplastic problems in the domain of small deformations. These procedures consists of using Galerkin s method to integrate the system of Elastic-Viscoplastic equations in space and an Explicit integration tecnique such as Predictor-Corrector methods for the integration of the semi-discret system of equations. The Elastic-Viscoplasác behavior of materials such as that treated by Lemaitre and Chaboche is modeled by associating Internal Vminbles to the observed dissipative phenomems in Themodinamical context. Some aspects of the proposed procedures such as stability of Predicta-Conector methods and Mesh Looking problem will be analised.

[pt] O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um material foto elástico, utilizando matéria-prima exclusivamente brasileira, para o emprego na análise das tensões em ensaio tridimensional. As experiências foram feitas com as resinas epóxi CY-205 e CY-175. Como endurecedores foram utulizados os produtos HY-901 (anidrido ftálico) e HT-906 (anidrido metilendometilene), todos da Ciba S/A, e ainda o endurecedor anidrido maleico produzido pela Ucebel S/A. Foram fundidos diferentes partes em peso desses componentes, resina epóxi-endurecedor e descritos o método de fundição como também o de tratamento térmico. Algumas propriedades foram inicialmente consideradas para a seleção da melhor composição. O material feito de epoxi CY-205 com a combinação dos endurecedores anidridos maleico e ftálico são apresentados como sendo o melhor. Os polímeros resultanes são feitos usando diferentes partes em peso desses endurecedores combinados e são traçados nomogramas de suas temperaturas críticas e módulos de elasticidade a essa temperatura, para determinar a composição ideal. Foi determinado o gelling time dos materiais selecionados. A aplicação desse material desenvolvido é adequada para análise tridimensional. Um modelo foi construído para ilustrar sua utilização, usando uma técnica especial de modelagem. / [en] The presentes work describes the development of the photoeslastical material for two and three-dimensional experiments. The model material hás been developed using the epoxy resin manufactured in BRAZIL. Two kinds of epoxy resins hás been used: CY-205 and CY-175, both produced by Ciba S/A, together with the hardeners HY-901 (phtalic anhydrid and HT-906 (metilendometylen anhydrid)) of Ciba S/A and maleic anhydrid, manufactured by Ucebel S/A. The different mixtures of epoxy resins and hardeners have been casted into samples and investigated with respect the properties essential in photoelasticity. The method of casting and heat treatment is also described. The misture of epoxy CY-205 with the combination of phtalic and maleic anhydrides hás been founs to have the Best photoelastical properties. The monogram indicating the mechanical proprieties as a functio of combination of hardeners hás been design. If casn be used for determination of proper combination of hardeners related to the desired mechanical properties or for determination of optimum composition. The application of the developed material in three-dimensional photoelasticity hás been illustrated by casting the complicated three-dimensional model.

[pt] Quando se analisa a distribuição de tensões e de formações em tubos cilíndricos circulares submetidos à pressão interna ou externa, resultados são facilmente encontrados; se o tubo for considerado de comprimento infinito e a pressão uniformemente distribuída ao longo de todo o seu comprimento. Neste caso, o estado de tensões pode ser considerado plano. Entretanto se o tubo for infinito e a pressão estiver aplicada em parte de seu comprimento, o estado de tensões deverá ser estudado com tridimensional. Advém daí uma maior complexibilidade do problema, acarretando soluções matemáticas bastante elaboradas. Uma solução para cilindros circulares de comprimento foi desenvolvida neste trabalho. Nos casos analisados, o carregamento constitui em um anel de pressão uniforme, interna ou externa, aplicado simetricamente em relação à secção transversal média do tubo. Procura-se assinalar a importância que assume a tensão axial para certas dimensões do tubo e posição do carregamento. Indicou-se também a discrepância existente entre os valores calculados, considerando o problema como plano e como tridimensional. Os resultados gráficos mostram as distribuições de tensão na secção transversal média referentes a cilindros curtos de parede espessa com razões entre dinâmico interno e comprimento de .. 0,25, 0,50, e 0,75 e com razões entre comprimento do anel de pressão e do tubo de 0,5 e 1,0, embora outras relações tenham sido estudadas. Devido à solução encontrada, as condições de fronteira incluem flanges nas extremidades do tubo, exercendo tensões cisalhantes sobre as secções transversais externas e tendo características de flexibilidade às deformações axiais e rigidez às deformações radias. Muitos problemas de computação surgiram na obtenção dos resultados numéricos, tais como as limitações nas sub-rotinas usadas no cálculo das funções de Beesel. A resolução do problema para o caso de tubos com extremidades livres pode ser alcançada através da utilização de métodos matemáticos mais sofisticados. / [en] Stress and strain distributions on circular hollow cylindres, can easily be found for infinite length and uniform surface pressure. In such case, for a finite length, the stress-state must be considered triaxial. Thus, involving more elaborate mathematical solutions. A solution to the finite circular hollow cylinder problem is developed in this thesis. In all the cases that were analyzed external load consisted of a uniform pressure ring applied to the external or internal cylinder surfaces. This load was applied symmetrically with respect to the midle transverse section of the tube. The importance assumed by the axial component of stress under certain conditions of stress under certain conditions of tube geometry and external load positions is analyzed. Bisagreement between determined values of stress, whe considered as biaxial or triaxial independently, is also shown. Graphs of stress distribution on the middle transverse section of short thick walled cylinders are presented for internal diamenter and tube length ratios of 0.25, 0,50, and 0,75 and pressure ring and tube length rations of 0,5 and 1,0, although other of end flanges having caracteristics of infinite flexibility for axial deformations and infinite stiffness for radial deformations. Many computational problems arose when obtaining numerical results, such as limitations in the subroutines udes for evaluation of Bessel functions. Also, for the case of free end tubes more sophisticated mathematical methods must be applied. These troubles can be overcome throungh more advanced studies of the problem.

[pt] O principal objetivo desta tese consiste no desenvolvimento e aplicação de um programa computacional, ANLOG (Análise Não Linear de Obras Geotécnicas), para análises de problemas geotécnicos com acoplamento de fluxo e deformação, e considerando relações constitutivas não lineares na modelagem do solo. A nível global, a solução do sistema de equação não linear originado da formulação via MEF deste problema é feita através do método de Newton-Raphson Modificado com incrementos automáticos de carga e tempo. Enquanto que, a nível local, a equação constitutiva é integrada utilizando-se um algoritmo de integração de tensão explícito com subincrementos. Modelos não lineares elástico (hiperbólico) e elastoplásticos (Camclay Modificado, Lade e Lade-Kim) são utilizados para representar o comportamento tensão-deformação-resistência do solo. As metodologias de ligar a gravidade e a proposta por Brown e Booker (1985) são usadas para simular numericamente, respectivamente, aterros e escavações. Análises preliminares de aterros e escavações são apresentadas nas quais pode-se observar que a resposta é função do tempo e altamente dependente do coeficiente de permeabilidade e da velocidade de solicitação. As situações drenada e não drenada são casos particulares de uma análise acoplada. Com respeito ao emprego da técnica de incremento automático de carga e tempo mostra-se que sua utilização é fundamental para definição do tamanho do incremento mais adequado a ser adotado na solução incremental-iterativa. Quanto ao algoritmo de integração de tensão adotado é mostrado que o erro cometido na verificação da condição de consistência diminui exponencialmente com o aumento do número de subincrementos. Por fim, o programa ANLOG é utilizado para análise da escavação experimental de Camboinhas (Silva, 1979). Comparações entre os deslocamentos numéricos e os de campo apresentam uma razoável concordância. Entretanto, as poro- pressões numéricas variam em torno de 10 por cento a 30 por cento do valor inicial, enquanto que no campo essa variação foi menor que 3 por cento. / [en] The main objective of this thesis consists on the development and application of a computational program, ANLOG (Non Linear Analysis of Geotechnical Constructions), to analyse geotechnical problems coupling flow and deformation, and considering constitutive non-linear relations for the soil modelling.At the global level, the solution of the non linear system of equations, generated by the FEM formulation of this problem, is done using the Newton-Raphson Modified method with automatic load and time increments. On the other hand, at the local level, the constitutive equations are integrated using the explicit algorithm of stress integration with sub steps. Non-linear models, elastic (hyperbolic) and elastoplastic (modified Camclay, Lade and Lade-Kim) are utilised to represent the stress-strain-strength behaviour of the soil. The procedures of turn on gravity and the one proposed by Brown and Booker (1985) are used to simulate numerically, respectively, embankments and excavations.Initial analyses of excavations and embankments are performed in which it can be observed that the response is a function of time and depends strongly on the permeability coefficient and the loading velocity. In particular, drained and undrained situations are special cases of a coupling analysis. With respect to the use of the automatic load and time increment, it is shown that its use is fundamental to define the best increment size to adopt in the incremental iterative solution. About the stress integration algorithm utilised, it is shown that the error in the consistency condition decreases exponentially with the number sub steps. Finally, the ANLOG program is used to analyse the experimental excavation of Camboinhas (Silva, 1979). Comparisons between numerical and field displacements present a reasonable agreement. However, the pore pressure given by the numerical simulation varied between 10 percent to 30 percent in relation to its initial value, whereas in the field this variation was smaller than 3 percent.

[pt] O eixo medial é uma descrição compacta de um objeto que preserva sua topologia e induz naturalmente uma discretização da sua forma como união de bolas. O estudo de união de bolas possui aplicações em diversas áreas da Matemática, em particular na Geometria Computacional onde se usa, por exemplo, para reconstrução de curvas e superfícies. Este trabalho pretende utilizar união de bolas para simular deformações a partir do eixo medial, apresentando conceitos e teoremas a fim de construir algoritmos para a extração do eixo medial em R3. A deformação será, então, definida por movimentos locais das bolas ao longo das direções do eixo medial. Este trabalho contém resultados com movimentos simples, em um programa que utiliza a biblioteca CGAL / [en] The medial axis is a compact description of an object that preserves its topology and naturally induces a discretisation of its forma in terms of union of balls. The study of union of balls has applications in various areas of Mathematics, in particular in Computational Geometry where it is used for curve and surface reconstruction. This work pretends to use union of balls in order to simulate deformations described on the medial axis. It introduces concepts and theorems in order to setup algorithms for medial axis extraction in R3. The deformation will thus be defined by local ball moves along the medial axis directions. This work contains results with simple movements, in a program that uses the CGAL library

[pt] Neste trabalho, apresentam-se modelos mecânicos para previsão da integridade estrutural de tubulações anelásticas conduzindo líquidos, submetidas a transientes hidráulicos. A descrição do fenômeno de transiente hidráulico é feita com base em duas formulações unidimensionais: uma acoplada e outra desacoplada. A formulação acoplada considera a interação dinâmica fluido-estrutura entre os movimentos do fluido e do tubo, enquanto que a desacoplada refere-se ao modelo tradicional de golpe de ariete. A integridade da tubulação é modelada com base na Mecânica do Dano Continuo. O comportamento anelástico da parede do tubo assim como o dano induzido pela deformação anelástica são descritos por uma teoria constitutiva com variáveis internas e forte respaldo termodinâmico. A teoria engloba um grande número de equações constitutivas encontradas na literatura e permite descrever diferentes respostas mecânicas numa mesma estrutura matemática. As equações resultantes para ambos os modelos - acoplado e desacoplado - formam um sistema não linear de equações diferenciais parciais hiperbólicas. Apesar da forte não linearidade, mostra-se que métodos numéricos clássicos podem ser empregados para resolver as equações quando se utiliza uma técnica de decomposição do operador. No trabalho, emprega-se entre outros o método de Glimm. Exemplos numéricos que retratam a evolução do dano induzida por transientes de pressão em tubulações elasto-viscopláticas são apresentados e analisados. Comparações realizadas entre as previsões dos modelos e entre simulações com e sem dano permitem, na análise, caracterizar as influências do acoplamento fluido-estrutura e do dano. / [en] This work presents mechanical models for structural failure prediction of compliant inelastic pipings conveying liquids, submitted to hydraulic transients. Hydraulic transients are described based on two, a coupled and an uncoupled, onedimensional formulations. The coupled formulation takes into account the dynamical fluid-structure interaction between fluid flow and pipewall motions, whereas the uncoupled one refers to the well-known waterhammer model. Piping integrity is modelled on the basis of the Continuum bamage Mechanics. Both pipewall inelastic mechanical behavior and damage induced by inelastic deformations are described by an internal variable constitutive theory with strong thermodynamical support. It encompasses a great number of constitutive equations found in the literature and allows the treatment of several different mechanical responses within a same mathematical framework. The resulting equations of both coupled and uncoupled transient models forma non linear system of hyperbolic partial differential equations. In spite of its strong non linearity, it is shown that classical numerical methods can be used for solving the equations whether a operator splitting technique is employed. Among others, Glimm s scheme has been used in this work. Numerical examples concerning the damage evolution induced by pressure transients in elasto-viscoplastic pipings are presented and analysed. Comparisons between the predictions of the models and simulations with and without damage are presented, so that the fluid-structure coupling and the damage influences on the analysis are investigated.

[pt] O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um sistema de medição de deformações utilizando redes de Bragg em fibras ópticas. Experiências preliminares empregando um analisador de espectro óptico comprovaram que a relação entre deformação e translação espectral do sinal refletido pelo sensor é linear. Baseado neste princípio, foi proposto um circuito óptico para a demodulação do sinal. Este circuito, de construção simples e barata, utiliza uma rede de Bragg como sensor e outra, com largura espectral bem maior, como filtro óptico. Dois fotodetectores são responsáveis pela recepção do sinal e por tornar o sistema auto-compensável. Dois métodos de calibração do sistema, um numérico e outro experimental, são apresentados e testados. A partir dos resultados das experiências, sugestões são feitas no sentido de melhorar os métodos de calibração. A automatização das calibrações e medições é proposta e um método de separação de efeitos de temperatura e deformação mecânica é apresentado. / [en] The goal of the present work has been to develop a fiber Bragg grating strain sensor system. Experiments with an optical spectrum analyzer have confirmed that there is a linear relationship between the strain in the gratting and the shift of the central wave length reflected by the sensor. Based on this measurement principle, a simple and inexpensive optical circuit for demodulation of the sensor s reflected signal has been developed. Two photodetectors are employed in order to reduce the influence of power fluctuations of the optical source as well as of other losses. The measurement system has been calibrated both numerically and experimentally with satisfactory agreement. Suggestions are made in order to improve the calibration techniques, and a method for decoupling the temperature effects from the strain measurement is proposed.

[pt] Dentro dos métodos deformação de objetos tridimensionais, os que usam poliedros de controle permitem interações rápidas e intuitivas, e assim ganharam bastante interesse nos últimos anos. Essas técnicas expressam os pontos do objeto a partir dos vértices do poliedro de controle, por exemplo usando coordenadas baricêntricas e suas extensões.Assim, ao deformar o poliedro de controle, obtém-se deformações correspondentes sobre o modelo recalculando cada ponto do objeto a partir das novas posições dos vértices de controle. Devido ao grau de flexibilidade em sua construção, diferentes generalizações de coordenadas baricêntricas vem sendo propostas nos últimos anos para modelos 3D. Nesse trabalho apresentamos um estudo das recentes generalizações de coordenadas baricêntricas e as principais características das deformações em modelos em três dimensões obtidas com o uso de cada uma delas. Deduzimos desse estudo uma nova extensão de coordenadas baricêntricas que mantém a simplicidade do método original e corrige alguns dos seus defeitos. / [en] Within the thee-dimensional objects deformation techniques, the ones using control polyhedrons allow fast and intuitive interaction, and therefore gained considerable interest in recent years. Those techiques write the model points as function of the vertices of the control polyhedron, for exemple using barycentric coordinates or its extensions. This way, deforming the control polyhedron induces a corresponding strain on the model, recomputing each point of the object from the new positions of control vertices. To do so, due to the flexibility in its construction, different generalizations of barycentric coordinates has been proposed in recent years for 3D models. In this work, we present a study of recent generalizations of barycentric coordinates and the main characteristics of the resulting deformations of three-dimensional model. We deduce from this study a new extension of barycentric coordinates that retains the simplicity of the original method and fixes some of the its defects.

[pt] Em geral, barras combustíveis de reatores nucleares consistem de um tubo de liga metálica contendo pastilhas de combustíveis óxidos. O agrupamento destas barras em feixes caracteriza a formação de elementos combustíveis. No presente trabalho, são realizadas análises termomecânicas e de efeitos de irradiação em barras combustíveis cilíndricas. Para determinação de inchamento por irradiação é utilizado um modelo baseado na teoria de difusão térmica e em mecanismos de difusão superficial e de evaporação-condensação. É considerado o movimento de bolhas nesta determinação. A pressão média dos gases é calculada. É desenvolvido um programa de computador, NITSA, que simula o comportamento da barra combustível no reator, incluindo em suas determinações o cálculo de distribuições de temperatura, tensões e deformações em toda a barra combustível. / [en] Generally, fuel rods of nuclear reactors consist of a metalic alloy tube containing oxide fuel pellets. Fuel elements are formed by fuel rods disposed in bundles. In the present work, an irradication, thermal and mechanical analyses of cylindrical fuel rods are performed. A model considering thermal difusion theory, superficial difusion and vapor transport mechanisms is utilized on the determination of the irradiation swelling. Gas bubbles motion is taken into this calculation. The average gas pressure is computed. A computer program, NITSA, is developed for simulation of a reactor fuel rod performace, including temperature distributions, stress and strain calculations.

[pt] Este trabalho apresenta uma abordagem pelo método dos elementos finitos para o cálculo da resposta tridimensional, estática e dinâmica, de estruturas unidimensionais total ou parcialmente imersas em um fluido em movimento. A técnica utilizada baseia-se na separação do movimento de corpo rígido dos deslocamentos totais do elemento resultando naqueles que efetivamente causam deformações, consideradas infinitesimais, sob condições de rotações finitas. A posição da estrutura é definida por um conjunto de eixos co-rotacionados e a avaliação das rotações deste sistema é detalhada. O estudo apresentado considera as não-linearidades decorrentes da mudança de geometria, do acoplamento entre os mecanismos de rigidez axial e transversal e do carregamento hidrodinâmico, considerado proporcional ao quadrado da velocidade relativa entre fluido e estrutura. Na discretização espacial das equações de equilíbrio, a hipótese de pequenas deformações é empregada. Desta forma, a utilização do sistema de coordenada co-rotacionado permite considerar-se um elemento de dois nós baseado no modelo de viga de Euler-Bernoulli com funções de interpolação dos deslocamentos nodais utilizando os polinômios cúbicos de Hermite e referidos ao sistema convectivo de cada elemento. Na integração temporal das equações de equilíbrio, utiliza-se o procedimento passo-a-passo de Newmark juntamente com a técnica iterativa de Newton-Raphson, obtendo-se, a cada instante de tempo, a configuração correspondente ao equilíbrio dinâmico da estrutura discretizada. O procedimento apresentado foi implementado em um programa de computador tendo-se verificado, para diversos exemplos, uma convergência satisfatória entre os resultados do modelo implementado e aqueles obtidos de outros com origem independente. / [en] This work presents a finite element approach to the three-dimensional static and dynamic response calculations of slender structures totally or partially immersed in a moving fluid. The technique is based on the separation of rigid body motions from the element total displacements resulting in those that effectively cause strain, and which are assumed infinitesimal, under conditions of finite rotations. The position of the structure is defined by a set of co-rotational axes and the evaluation of the finite rotations of this system is detailed. The study considers the non-linearities due to change in geometry, coupling between the axial and bending stiffness mechanisms and the velocity-squared drag loading. For the spatial discretization of the equilibrium equations, the small strain hypothesis is employed. The use of the co-rotational coordinate system makes possible to consider a two node element based on the Euler-Bernoulli beam kinematic model, with cubic Hermitian interpolation functions for the nodal displacements obtained at the convective coordinate system of each element. The Newmark step-by-step scheme is applied to directly integrate, in the time domain, the equilibrium equations and the Newton-Raphson iterative algorithm employed t solve the resultinh incremental non-linear set of equations, at each time step. The presented procedure was implemented in a computer program and various example results were satisfactorily tested against the ones obtained from independent programs.