[pt] As cadeias de suprimento (CS) estão sendo cada vez mais pressionadas a implementar iniciativas para tornar o seu desempenho mais sustentável. Como exemplo, pode-se citar os desafios impostos pela transição energética para o setor de óleo e gás e suas CS. Orientar a CS em direção a sustentabilidade requer um esforço coordenado, integrado e colaborativo entre os múltiplos parceiros. Um fator crucial para evoluir a trajetória de sustentabilidade das CS é a aprendizagem que ocorre durante a implementação das iniciativas de sustentabilidade colaborativas. Entretanto, não há evidências suficientes na literatura sobre como e em que níveis o processo de aprendizagem ocorre, assim como, sobre suas características e forma de interação entre os parceiros. O objetivo da tese é aprofundar o entendimento sobre as características da dinâmica de aprendizagem e sua influência na trajetória de sustentabilidade nas CS. A tese utiliza os métodos de revisão sistemática da literatura e estudo de caso múltiplo. Como resultados principais, apresenta uma tipologia e framework teórico integrado sobre aprendizagem de sustentabilidade em CS e propõe uma abordagem baseada em processo para investigação empírica do fenômeno. A pesquisa foi conduzida em três grandes multinacionais internacionais e em suas CS atuantes no Brasil. Os resultados mostram que a trajetória de sustentabilidade da CS é cumulativa, recorrente e não-linear, resultante de sucessivas oportunidades de aprendizado emergentes das iniciativas de sustentabilidade colaborativas na CS. Valendo-se do raciocínio abdutivo, a tese fornece um primeiro passo na elaboração de teoria de sobre aprendizagem de sustentabilidade da CS e cunha o conceito de plasticidade da CS. / [en] Supply chains (CS) are pressured to implement initiatives to make their performance more sustainable. For example, the challenges imposed by the energy transition for the oil and gas sector and its SC stand out. Guide SC towards sustainability requires a coordinated, integrated, and collaborative effort between multiple partners. A crucial factor in evolving the sustainability trajectory of SC is the learning that takes place during the implementation of collaborative sustainability initiatives. However, there is not enough evidence in the literature about how and at what levels the learning process occurs, as well as about its characteristics and form of interaction between partners. The objective of the thesis is to deepen the understanding of the characteristics of the learning dynamics and their influence on the sustainability trajectory in the SC. The thesis uses the methods of systematic literature review and multiple case studies. As the main results, it presents a typology and integrated theoretical framework on SC sustainability learning and proposes a process-based approach for empirical investigation of the phenomenon. The research was conducted in three large international multinationals and in their SC operating in Brazil. The results show that SC s sustainability trajectory is cumulative, recurrent, and non-linear, resulting from successive learning opportunities emerging from collaborative sustainability initiatives at SC. Adopting abductive reasoning, the thesis provides a first step in the elaboration of a theory of learning about SC sustainability and coined the concept of SC plasticity.

[pt] Os veículos automatizados devem trafegar em determinado ambiente detectando, planejando e seguindo uma trajetória segura. De modo a se mostrarem mais seguros que seres humanos, eles devem ser capazes de executar essas tarefas tão bem ou melhor do que motoristas humanos sob diferentes condições críticas. Uma parte essencial no estudo de veículos automatizados o desenvolvimento de modelos representativos que sejam precisos e computacionalmente eficientes. Assim, para lidar com esses problemas, o presente trabalho aplica métodos de inteligência computational e identificação de sistemas para realizar modelagem de veículos e controle de rastreamento de trajetória. Primeiro, arquiteturas neurais são usadas para capturar as características do pneu na interação entre a dinâmica lateral e longitudinal do veículo, reduzindo o custo computacional em controladores preditivos. Em segundo lugar, uma combinação de modelos caixa-preta é usada para melhorar o controle preditivo. Em seguida, uma abordagem híbrida combina modelos baseados na física e orientados por dados com modelagem de caixa-preta das discrepâncias. Essa abordagem é escolhida para melhorar a precisão da modelagem de veículos, propondo um modelo de discrepância para capturar incompatibilidades entre modelos de veículos e dados medidos. Os resultados são mostrados quando os métodos propostos são aplicados a sistemas com dados simulados/reais e comparados com abordagens encontradas na literatura, mostrando um aumento de precisão (até 40 por cento) em termos de métricas baseadas em erro, com menor esforço computacional (redução de até 88 por cento) do que os controladores preditivos convencionais. / [en] Automated vehicles must travel in a given environment detecting, planning, and following a safe path. In order to be safer than humans, they must be able to perform these tasks as well or better than human drivers under different critical conditions. An essential part of the study of automated vehicles is the development of representative models that are accurate and computationally efficient. Thus, to cope with these problems, the present work applies artificial neural networks and system identification methods to perform vehicle modeling and trajectory tracking control. First, neural architectures are used to capture tire characteristics present in the interaction between lateral and longitudinal vehicle dynamics, reducing computational costs for predictive controllers. Secondly, a combination of black-box models is used to improve predictive control. Then, a hybrid approach combines physics-based and data-driven models with black-box modeling of the discrepancies. This approach is chosen to improve the accuracy of vehicle modeling by proposing a discrepancy model to capture mismatches between vehicle models and measured data. Results are shown when the proposed methods are applied to systems with simulated/real data and compared with approaches found in the literature, showing an increase of accuracy (up to 40 percent) in terms of error-based metrics while having lesser computational effort (reduction by up to 88 percent) than conventional predictive controllers.

[pt] Este trabalho analisa excitações verticais dinâmicas de máquinas para fundações com embutimento. Combinações de fundações superficiais e profundas, para simulação de bloco de fundações, são analisadas com uso de diferentes metodologias. Analisam-se soluções de Novak e Beredugo em combinação com Novak e El-Sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional retiradas do trabalho de Poulos e Davis. Também são analisadas soluções simplificadas de fundações superficiais com embutimento de Wolf em combinação com fundações profundas de Novak e El-sharnouby, com uso de porcentagens de recalque adicional dinâmicas,obtidas com elementos finitos neste trabalho. São comparados os valores de deslocamentos de regime permanente com os obtidos por elementos finitos tridimensionais com uso do programa Plaxis 3D, comprovando a eficácia dos valores de taxa de recalque adimensional dinâmico e uso de modelo simplificado de fundações superficiais de Wolf. / [en] This paper analyzes dynamic vertical loadings due to machine foundations on embedded foundations. Combinations of shallow and deep foundations, to pile raft foundations, are analyzed using diferent approaches. First, solutions of Novak and Beredugo combined with Novak and El- Sharnouby, using additional settlement ratios from Poulos and Davis. Then it is compared to simplified embedded shallow foundations solutions by Wolf combined with Novak and El-Sharnouby, using dynamic additional settlement ratio obtained by finite elements on this paper. Settlements obtained on the steady state regime are compared to the values obtained by tridimensional finite elements using the program Plaxis 3D, proving the efficiency of dynamic additional settlement ratio and the simplified model of shallow foundations by Wolf.

[pt] Modelagem e Controle Não Linear de um Veículo Terrestre sobre Suspensão descreve um estudo em dinâmica veicular no qual inicialmente apresenta-se um modelo analítico para representar a geração de forças longitudinais e laterais no contato do pneu com o solo. Em seguida é desenvolvido, para um automóvel de passeio terrestre sobre suspensão, um modelo não linear de 4 graus de liberdade (velocidades longitudinal, lateral, de guinada e de rolagem), e a sua linearização. Expande-se esse modelo para um de 8 graus de liberdade, no qual inclui-se o movimento de rotação axial de cada uma das quatro rodas, e consideram-se os movimentos do veículo somente no plano, sem efeitos de pitch ou bounce, mas apresentando alguma relação de distribuição de cargas devido ao roll. Descrevem-se ainda modelos em Grafos de Ligação para os três dinâmicas de um veículo terrestre (longitudinal, lateral e vertical) e seus acoplamentos, visando futuras análises mais detalhadas desse sistema. Todos os modelos em malha aberta são validados através simulações computacionais em diversas condições típicas de operação. Na segunda parte desse trabalho é apresentada a estratégia proposta para o tratamento do problema de controle direcional do veículo em uma manobra qualquer, empregando a metodologia da linearização por realimentação, tendo como base o modelo linear de 4 graus de liberdade. São analisados os resultados encontrados através de simulação computacional para a malha fechada com diferentes combinações de parâmetros, empregando os modelos não lineares de 4 e 8 graus de liberdade. Conclui-se discutindo a possibilidade de generalização deste procedimento para diferentes aplicações em Dinâmica Veicular. / [en] Modeling and Non Linear Control of a Ground Vehicle's Steering describles a study in vehicle dynamics, which presents an analytic model representing the generation of longitudinal and lateral forces at the contact patch between tire and ground. Next it is developed, for a typical passenger car, a non-linear model with four degrees of freedom (longitudinal, lateral, yaw and roll velocities), and its linearization. This model is then expanded to another one with eight degrees of freedom, which includes the axial rotation of each one of the four wheels, and considers the vehicle's movement only at a known plane, whithoud pitch and bounce effects, but including some load distribution among the wheels, due to roll. Computational simulation in varius typical operation condition validate all open loop models. The second part of this work presents the proposed strategy for directional control of a vehicle at any type of manoeuvre, using the feedback linearization methodology, directly applied to the linear four degrees of freedom model. Theresults obtained trhough computational simulation for a closed loop model with different parameters are analysed using both nonlinear four and eight degrees of freedom models. The possibility of generalizing this procedure to distinct applications in Vehicle Dynamics is, then, discussed.

[pt] A sub-divisão de um veículo em módulos é muito útil quando se quer estudar o comportamento dinâmico de um determinado subsistema e sua influência nos demais componentes. Em alguns casos, devido ao tipo de tratamento empregado para descrever os elementos, não se consegue perceber de que modo as variáveis inerentes a um subsistema interagem com as demais, e, por conseguinte, os subsistemas entre si. A abordagem modular baseada no fluxo de potência permite uma melhor identificação das relações de causa e efeito entre subsistemas, uma vez que se pode definir, de forma clara e consistente, quem são as variáveis de entrada e de saída de cada componente ou módulo, e, conseqüentemente, seus acoplamentos. Neste tipo de tratamento, aplicado aos sistemas mecânicos, uma vez estabelecida a cinemática de um subsistema, podese obter as relações entre os esforços que seus componentes produzem uns sobre os outros, a partir da caracterização da potência transmitida através dos seus diversos elementos. Este trabalho apresenta um procedimento semi-analítico de equacionamento modular aplicado à modelagem e integração dos sistemas de suspensão e direção de veículos terrestres, no qual as variáveis de entrada e saída indicam o fluxo de potência entre os elementos de todo o sistema. Tal abordagem tem como base a técnica dos Grafos de Ligação, empregada em sistemas multidomínio em geral, e usa alguns conceitos da metodologia dos Transformadores Cinemáticos, normalmente aplicada aos sistemas multicorpos. A partir da definição da geometria dos mecanismos em questão, encontram-se as matrizes que representam os vínculos cinemáticos entre seus elementos, das quais o funcionamento dos sistemas integrados pode ser simulado e analisado, e informações necessárias aos seus projetos determinadas. As equações (malhas) algébricas que existem em mecanismos com estrutura cinemática fechada são analiticamente resolvidas, evitando deste modo modelos matemáticos com equações diferenciais e algébricas simultâneas. Das relações cinemáticas, o modelo dinâmico (matrizes de inércia, rigidez e amortecimento, etc) é obtido, e novamente informações essenciais à análise e síntese dos sistemas podem ser determinadas. O comportamento no tempo desses modelos pode ser encontrado por um método de integração de equações diferenciais qualquer. Adota-se o Simulink/MatLab® para representar o modelo assim desenvolvido em diagrama de blocos, e conseqüentemente simulá-lo. Através deste tratamento, cada bloco da implementaçao em Simulink/MatLab® contém o correspondente modelo analítico de um único módulo, cujo estabelecimento depende das características dinâmicas do sistema que se deseja analisar. A vantagem de adotar tal representação, baseada no fluxo de potência, consiste no fato de que um módulo pode ser substituído por outro, descritivo de um elemento ou subsistema com a mesma função, porém com configuração física distinta, e, conseqüentemente, modelo matemático específico, sem qualquer alteração nos demais componentes do sistema. Este procedimento está sendo adotado para modelagem dos diversos sistemas veiculares, como os de suspensão, direção, transmissão e freios, e também os pneus, inseridos em um chassi, incluindo os graus de liberdade desejados do veículo, todos descritos de forma modular semi- analítica através da mesma abordagem, empregando a técnica de modelagem mais apropriada para representá-los. / [en] The sub-division of a vehicle in modules is very useful when we want to study the dynamical behavior of a certain sub-system and its influence in other components. In some cases, due to the type of treatment employed to describe the dynamic behavior of the elements, we don`t get to notice the way that inherent variables in a sub-system interacts with the others, and, consequently, the subsystems amongst themselves. The modular approach based on the power flow allows a better identification of the causal relationships among sub-systems, once it can define, in clear and consistent way, what are the input and output variables of each component or module, and, consequently, their couplings. In this type of treatment applied to the mechanical systems, once established the kinematics of a sub-system, it can be obtained the relationships among the efforts that their components produce on the other ones, from the characterization of the power transmitted through their several elements. This paper presents a semi-analytical procedure of modular modeling applied to the suspension and steering systems of a ground vehicle, in which the input and output variables indicate the power flow among the elements of the whole system. Such approach has as base the Bond Graphs technique, used in multidomain systems in general, and uses some concepts of the Kinematic Transformers methodology, usually applied to the multibody systems. From the mechanisms geometry, the matrices that represent the kinematics links between its elements are found, the operation of the integrated systems can be simulated and analyzed, and information about its design can be obtained. The algebraic loops (equations) inherent to mechanisms with closed kinematic structure are solved analytically, and there is not a mathematical model with simultaneous algebraic and differential equations. From the kinematic relations, the dynamic model (inertial, stiffness and damping matrices) is obtained, and again essential information to the systems analysis and synthesis can be determined. The models time behavior can be found by any differential equations integration method. The Simulink/Matlab is adopted to represent the model developed by block diagrams, and consequently to simulate it. Through this treatment, each block in the Simulink/Matlab implementation contains the correspondent analytical model of a single module, whose establishment depends on the dynamic characteristics of the system to be analyzed. The advantage of adopting such representation, based on the power flow, consists in the fact that a module can be substituted for other, descriptive of an element or sub-system with the same function, however with different physical configuration, and, consequently, specific mathematical model, without any alteration in the other components of the system. This procedure is being adopted for modeling all vehicular systems, like the suspension, steering, transmission and brakes systems, and also the tires, inserted in the chassis, including the desired degrees of freedom of the vehicle, all described in a semi- analytical modular way by the same approach, using the most appropriate modeling technique to represent them.

[pt] Mecanismos são essencialmente (mas não exclusivamente) compostos por vários corpos rígidos que possuem movimento relativo entre si. Cada corpo rígido está ligado através de uma junta a um ou mais corpos, sendo a sequência de corpos conectados chamada de cadeia cinemática. Cadeias cinemáticas abertas (ou em série) não têm restrições sobre uma de suas extremidades, já cadeias fechadas (ou paralelas) têm restrições em ambas as extremidades. O foco neste trabalho será dado no estudo de mecanismos com cadeias cinemáticas fechadas ou mecanismos paralelos. Assim, este trabalho apresenta a determinação da solução analítica do modelo dinâmico de um mecanismo paralelo plano com três graus de liberdade através da caracterização do fluxo de potência entre os seus componentes. A partir das relações geométricas associadas ao deslocamento dos seus graus de liberdade, as relações cinemáticas associadas às suas velocidades são determinadas. Considerando o fluxo de potência entre os graus de liberdade, e também entre estes e os elementos de atuação (atuadores lineares elétricos), as relações de equilíbrio das forças e torques são obtidas. Levando em consideração os efeitos inerciais dos componentes do sistema, a rigidez e efeitos de amortecimento, as equações de movimento ou as equações de estado são analiticamente determinadas e representadas em qualquer sistema de referência, local ou global. Além disso, as relações entre a cinemática inversa e a dinâmica direta são apresentadas. Esta abordagem adota os mesmos fundamentos, conceitos e elementos da técnica dos grafos de ligação, com a sua notação simbólica e representação gráfica. A metodologia proposta é generalizada e aplicável em qualquer tipo de mecanismo (aberto ou fechado, plano ou espacial). O modelo cinemático inverso do mecanismo de cadeia fechada, que tem uma solução fácil quando comparado com o modelo direto, pode ser desenvolvido por qualquer metodologia conhecida. Neste trabalho, a técnica da cadeia vetorial é usada para determinar o modelo geométrico inverso, e com a sua derivação, as relações cinemáticas são obtidas, e, portanto, a matriz Jacobiana inversa. Desse modo, é construída a estrutura em grafos de ligação da cinemática inversa e, a partir das relações de causa e efeito, encontra-se o modelo dinâmico direto do mecanismo. Assim, esta metodologia (grafos de ligação ou fluxo de potência) é mais eficiente e segura para determinar os modelos dinâmicos analíticos (fechados) de mecanismos paralelos. Um conjunto de simulações foi realizado para validar esta abordagem, usando os dados reais (geometria, inércia, amortecimento, forças de atuação, etc.) a partir de um mecanismo plano projetado e construído especialmente para a finalidade de comparar os resultados simulados e experimentais. Uma estratégia de controle de malha fechada usando a cinemática inversa e os modelos dinâmicos diretos é proposta. Finalmente, testes experimentais validam esta estratégia. As equações analíticas levam a um processo de simulação e controle em tempo real mais eficientes destes sistemas. / [en] Mechanisms are essentially (but not exclusively) made up of multiple rigid bodies that have relative motion between themselves. Each rigid body is connected through a joint to one or more bodies, wherein the sequence of connected bodies is called kinematic chain. Open (or serial) kinematic chains have no restrictions on one of their ends, as closed (or parallel) chains have restrictions on both ends. The focus in this work will be given on the study of mechanisms with closed kinematic chains or parallel mechanisms. Thus, this work presents the analytical form determination of the dynamic model of a parallel planar mechanism with three degrees of freedom through the characterization of the power flow between its components. From the geometrical relations associated to the displacement of their degrees of freedom, the kinematic relations associated to their speeds are determined. Considering the power flow between the degrees of freedom, and also between these and the actuating elements (linear electric actuators) the equilibrium relations of the forces and torques are obtained. Accounting for inertial effects of system components, the stiffness and damping effects, the equations of motion or the state equations are analytically determined and represented in any reference frame, local or global. Besides, the relation between the inverse kinematics and the direct dynamics is presented. This approach adopts the same fundamentals, concepts and elements of the Bond Graph Technique, with its symbolic notation and graphical representation. The proposed methodology is generalized and applicable in any type of mechanism (open or closed, planar or spatial). The inverse kinematic model of the closed chain mechanism, which has easy solution when compared to the direct model, can be developed by any known methodology. In this work, the vector loop technique is used to determine the inverse geometric model, and with its derivation, the kinematic relations are obtained, and therefore the inverse Jacobian matrix. Thereby, the inverse kinematics bond graph is built and, from the cause and effect relations, the direct dynamic model of the mechanism is found. Thus, this methodology (bond graphs or power flow) is more efficient and secure to achieve the dynamic analytical (closed) models of parallel mechanisms. A set of simulations are performed to validate this approach, using the real data (geometry, inertia, damping, actuators forces, etc.) from a planar mechanism designed and built especially for the purpose to compare the simulated and experimental results. A closed-loop control strategy using the inverse kinematic and the direct dynamic models is proposed. Finally, experimental tests validate this strategy. The analytical equations lead to a more efficient simulation process and real-time control of these systems.

[pt] A participação das pessoas com deficiência visual no mercado de trabalho ainda é limitada ao número de exigência legal de funcionários, onde muitos são destinados a funções com pouca valorização. Essa situação se agravou no momento de isolamento social, causado pela pandemia do Coronavírus (Covid-19), onde o desemprego se intensificou. A partir do entendimento desse cenário, esta pesquisa buscou compreender a interação do trabalhador com o ambiente físico no momento de isolamento social, através do levantamento bibliográfico, entrevista exploratória, análise da entrevista exploratória, história de vida, análise da entrevista da história de vida, elaboração e execução da dinâmica tátil e a análise dos resultados. A técnica de entrevista foi escolhida com o objetivo de compreender o impacto do home office no isolamento social e para a sua realização tivemos como recorte os trabalhadores que não exerciam essa modalidade de trabalho em casa e se viram na necessidade de modificar o seu espaço. A análise dos resultados foi realizada com a técnica de Análise de Conteúdo, proposta por Laurence Bardin, e após esse momento buscamos entender através das peças impressas os ambientes dos entrevistados. Como resultado essa dissertação destaca que a maioria dos entrevistados realizaram modificações no espaço devido ao ambiente não estar preparado para receber as atividades de trabalho ou porque precisou dividir esse local com um familiar. A técnica inovadora da dinâmica tátil favoreceu a comunicação dos entrevistados sobre os seus ambientes de trabalho, pois detalhes do local só foram mencionados com a dinâmica tátil. Esse grupo de pessoas também mostrou interesse em ter um ambiente equipado para o seu dia a dia, tendo o arquiteto/designer de interiores um papel fundamental nesse processo se souber realizar projetos que explorem outros sentidos que não a visão. A dinâmica tátil ―Meu Ambiente‖ pode ser um facilitador desse desenvolvimento, principalmente no estudo preliminar. / [en] The participation of visually impaired people in the labor market is still limited to the number of legal requirements for employees, where many are assigned to functions with little appreciation. This situation worsened at the time of social isolation, caused by the Coronavirus (Covid-19) pandemic, where unemployment intensified. From the understanding of this scenario, this research sought to understand the interaction of the worker with the physical environment at the time of social isolation, through the bibliographical survey, exploratory interview, analysis of the exploratory interview, life history, analysis of the life history interview, elaboration and execution of the tactile dynamics and the analysis of the results. The interview technique was chosen with the objective of understanding the impact of the home office on social isolation and for its realization we registered the worker who did not exercise this modality of work at home and found himself in the need to modify his space. The analysis of the results was carried out using the Content Analysis technique, proposed by Laurence Bardin, and after that moment we tried to understand the visitors of the visitors through the printed pieces. As a result of this dissertation, he highlights that most of the requests were modified in space due to the environment not being prepared to receive work activities or because he had to share this place with a family member. The innovative technique of tactile dynamics favored the communication of care about their work environments, as details of the place were only mentioned with the dynamics of the blocks. This group of people also showed interest in having an environment equipped for their daily lives, with the architect/interior designer having a key role in this process if they know how to carry out projects that explore senses other than sight. The tactile dynamic My Environment” can facilitate this development, especially in the preliminary study.

[pt] O crescente uso de antenas para a transmissão de dados tem demandado a instalação de um número crescente de torres, com destaque para as torres estaiadas. Essas estruturas são compostas por um mastro central e diversos níveis de estais. As torres são estruturas esbeltas e apresentam um comportamento altamente não linear sob cargas estáticas e dinâmicas, devido à interação mastro-cabos e altura elevada da torre. O objetivo deste trabalho é estudar a influência da não linearidade no comportamento estático e dinâmico de uma torre estaiada. Para isto, desenvolvem-se modelos de torre estaiada em elementos finitos, com dois níveis de cabos pré-tensionados. Consideram-se dois tipos de geometria para a disposição dos cabos: em leque e em paralelo. Em particular, investiga-se o efeito da ruptura de um ou mais cabos e do comportamento elastoplástico dos materiais que compõem a torre estaiada na estabilidade e vibrações não lineares da estrutura. Inicialmente, avalia-se o comportamento linear da estrutura, obtendo-se as frequências naturais e cargas críticas. A seguir, obtêm-se os caminhos não lineares de equilíbrio de cada modelo, aplicando o conceito de imperfeição modal. Finalmente, realiza-se a análise da vibração livres e forçada amortecida. Para isto utilizam-se as respostas no tempo e plano de fase, transformadas de Fourier e espectrográficos. Em todos os casos analisa-se em detalhe o efeito da perda de cabos e da plastificação dos elementos na capacidade de carga, estabilidade e deslocamentos da estrutura. Os resultados demonstram que a perda de cabos e plastificação dos elementos têm grande influência nas frequências naturais e cargas críticas. Finalmente, nessas condições observa-se um comportamento não linear com perda de capacidade de carga e aumento significativo de deslocamentos, velocidades e acelerações, evidenciando a necessidade de investigação do comportamento não linear desse tipo de estrutura. / [en] The growing use of antennas for data transmission calls for the installation of growing number of high towers, with the cable-stayed towers standing out. These structures are composed of a central mast and several levels of stays. These towers are slender structures and exhibit a highly non-linear behavior under static and dynamic loads, due to the mast-cable interaction and the tower height. The objective of this work is to study the influence of the nonlinearity on the static and dynamic behavior of a cable-stayed tower. For this, finite element models of cable-stayed towers with two levels of pre-tensioned cables are developed. Two cable disposition geometries are considered: fan and parallel. In particular, the effect of the rupture of one or more cables and the elastoplastic behavior of the cable-stayed tower materials on the stability and non-linear vibrations of the structure is investigated. Initially, the linear behavior of the structure is evaluated through the natural frequencies and critical loads. Next, the non-linear equilibrium paths of each model are obtained, applying the concept of modal imperfection. Finally, free and forced damped vibration analysis is performed. For this purpose, responses in time and phase plane, Fourier transforms and spectrographs are used. In all cases, the effect of the loss of cables and the plastification of the elements on the load capacity, stability and displacements of the structure is analyzed in detail. The results demonstrate that the loss of cables and plastification of elements have a great influence on natural frequencies and critical loads. Under such conditions, non-linear behavior with loss of load capacity and significant increase in displacements, velocities and accelerations stand out, and highlight the need for investigation of the nonlinear behavior of this type of structure.

[pt] Uma fase crítica do processo de obtenção do petróleo é a perfuração do solo para o acesso ao reservatório. Um dos problemas, em particular, é compreender o comportamento dinâmico da coluna de perfuração durante o processo de perfuração diante de diversos fatores como a interação broca-rocha, choques da coluna de perfuração contra a parede do poço, estratégias de controle da velocidade angular de operação e outros fatores. Uma etapa fundamental para lidar com este problema é a representação do sistema dinâmico para caracterizar a coluna de perfuração, isto é, o modelo matemático que representará a resposta dinâmica da estrutura diante dos carregamentos. Neste contexto, este trabalho abordará o problema da dinâmica de uma coluna de perfuração através de um modelo matemático baseado na teoria de Cosserat, que resultará em um sistema de seis equações diferenciais parciais que descrevem a resposta dinâmica de uma estrutura unidimensional, inserida no espaço euclidiano tridimensional, em termos das variáveis de deslocamento linear da curva e angular das seções. O modelo é capaz de descrever uma dinâmica não-linear, incluindo flexão, torsão, extensão e cisalhamento. Inicialmente, o sistema de EDPs é resolvido na forma quase estática, satisfazendo as condições de contorno, utilizando o método de Perturbação Regular. As soluções aproximadas são utilizadas como funções base para implementação no método de Elementos Finitos. Estas funções base são conhecidas como elemento de Cosserat Modificado (Modfied Cosserat Rod Element - MCRE). Verifica-se a limitação destas funções base para problemas que não envolvam grandes deslocamentos, não sendo adequadas para o problema proposto. Diante deste fato, o sistema de EDPs é escrito na forma fraca e resolvido por um software comercial de análise de Elementos Finitos considerando as condições de contorno, o modelo de interação broca-rocha, a estratégia de controle da velocidade angular e eventuais contatos da coluna contra a parede do poço. O modelo proposto produziu resultados que estão de acordo com a literatura e se mostrou capaz de lidar com grandes deslocamentos. / [en] A critical step in the oil exploration process is drilling the soil for access to the petroleum reservoir. One of the problems is understanding the dynamic behavior of the drill string during the drilling process in the face of various factors such as drill bit-rock interaction, drill string shocks against the well wall, angular velocity control strategies and other factors. A key part of dealing with this problem is the representation of the dynamic system to characterize the drill string, e.g., the mathematical model that will represent the dynamical response of the structure when facing different types of loads. In this context, this work will address the problem of the dynamics of a drill string using a mathematical model based on Cosserat theory that will result in a system of six partial differential equations that describe the dynamic response of a one-dimensional structure, inserted in three-dimensional Euclidean space, in terms of the linear displacement variables of the curve and angular displacement of the cross sections. The model is able to describe nonlinear dynamics, including flexure, torsion, extension and shear. Initially, the system of partial differential equations is solved in a quasi-static sense, satisfying the boundary conditions, using the Regular Perturbation method. The approximate solutions are used as shape functions for implementation in the Finite Element method. These shape functions are known as Modified Cosserat Rod Element (MCRE). It is verified that these shape functions are restricted to problems that do not involve large displacements and for this reason they are not suitable for the proposed problem. Given this fact, the system of partial differential equations is written in a weak form and solved by a commercial software based on Finite Element analysis, considering the boundary conditions, the drill bit-rock interaction model, the angular velocity control strategy and for any string contacts against the well wall. The proposed model produced results that are in agreement with the literature and is capable of dealing with large displacements.

[pt] Métodos de aprendizado de máquina que incorporam o conhecimentoda física do problema em um aprendizado baseado em dados têm se tornadopromissores para a representação e previsão de sistemas não-lineares de escoamento de fluidos com múltiplas escalas no espaço e no tempo. Este trabalhoaborda um desses métodos, a Inferência de Operadores (OpInf), no contextode redução da ordem de modelos. Ao resolver um problema de regressão multivariável em espaço latente, cuja base é calculada através de uma decomposiçãoortogonal apropriada (POD) do respectivo conjunto de dados de alta fidelidade,o OpInf procura por operadores ótimos de baixa dimensão que representama dinâmica do sistema. Entretanto, o método ainda requer melhorias em suaestratégia de regularização e em sua confiabilidade para cenários complexos,assim como na robustez dos modelos treinados a partir de dados limitados.Para isso, um algoritmo eficiente e recente para a busca de hiperparâmetros,uma inferência de operadores sequencial e uma estratégia de aprendizagem emconjunto foram implementados com sucesso no presente trabalho. Outras modificações do OpInf padrão também foram investigadas, tais como uma reduçãode dados incremental e termos forçantes baseados em POD. Para testá-las,diferentes sistemas físicos foram considerados: condução de calor transiente;escoamento em cavidade com parede oscilante; propagação de onda não-linear;convecção natural; dispersão de CO2 atmosférico e elevação da altura da superfície do mar por maré de tempestade. De modo geral, foi demonstrado queos modelos baseados no OpInf podem ter capacidades preditivas muito boaspara escoamentos altamente turbulentos e também para sistemas físicos paramétricos. Além disso, mostrou-se que tais modelos podem ser empregadosem previsões climáticas rápidas uma vez que eles são capazes de lidar comdados geoespaciais ruidosos. Finalmente, os resultados sugerem que o OpInfpode ser uma alternativa confiável às redes neurais de aprendizado profundopara redução da ordem de modelos em decorrência de seus menores custoscomputacionais e bom desempenho para além do horizonte de treinamento. / [en] Scientific machine learning methods that incorporate physics knowledge on a data-driven learning have become quite promising for the representation and prediction of nonlinear fluid flow systems with multiple scales in space and time. This work addresses one of these methods, the Operator Inference (OpInf), in the context of model order reduction. By solving a multivariable regression problem in latent space, whose basis is computed through a proper orthogonal decomposition (POD) of the respective high-fidelity dataset, the OpInf seeks for optimal low-dimensional operators that represent the system dynamics. However, this method still requires improvements in its regularization strategy and reliability in complex scenarios, as well as in the robustness of the obtained reduced models for long-term extrapolation when trained with limited data. For that, a recent and efficient algorithm for hyperparameters search, a sequential operator inference and an ensemble learning strategy were successfully implemented in the present work. Other modifications to the standard OpInf were also investigated, such as an incremental data reduction and POD-based forcing terms. To test them, different physical systems were considered: transient heat conduction; oscillating lid-driven cavity flow; nonlinear wave propagation; natural convection; atmospheric CO2 dispersion and sea surface height elevation due to tidal surges. Overall, it was demonstrated OpInf-based models may have very good predictive capabilities for highly turbulent flows and parameter-dependent systems. Furthermore, it was shown these models may be employed for fast response climate-related predictions as they are capable to handle noisy geospatial measurements. Finally, the results suggest the OpInf may be a reliable alternative to deep learning neural networks for model order reduction due to its lower computational costs and good performance beyond the training horizon.