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[en] TAYLOR-COUETTE INSTABILITY IN VISCOPLASTIC FLUID FLOW / [pt] INSTABILIDADE DE TAYLOR-COUETTE EM ESCOAMENTOS DE FLUIDOS VISCOPLASTICOSOSCAR CORONADO MATUTTI 02 August 2002 (has links)
[pt] A superposição de um escoamento circular de Couette e um
fluxo com gradiente de pressão axial, através de um espaço
anular ocorre em muitas aplicações práticas, tais como:
reatores químicos catalíticos, filtros, extratores líquido-
líquido, mancais e o fluxo de retorno de lamas de
perfuração entre a coluna de perfuração rotatória e a
formação rochosa na perfuração de poços produtores de
petróleo e gás. As linhas de corrente curvadas do fluxo
circular de Couette podem causar uma instabilidade
centrífuga que produz vórtices toroidais, conhecidos como
vórtices de Taylor. A presença destes vórtices muda as
características hidrodinâmicas e a transferência de calor
no processo. Em conseqüência, é muito importante ser capaz
de prever o aparecimento da instabilidade. A maioria das
análises numéricas e experimentais disponíveis na
literatura são para fluidos Newtonianos e viscoelásticos
(soluções polimericas). Neste trabalho, o efeito das
propriedades viscoplásticas de suspensões de altas
concentrações neste tipo de escoamento e nas condições
críticas para o aparecimento de vórtices são determinadas
teoricamente através da solução das equações de
conservação. As equações diferenciais foram integradas pelo
método de elementos finitos-Galerkin e o sistema de
equações algébricas não lineares resultante foi resolvido
pelo método de Newton. / [en] The superposition of a circular Couette flow and a pressure-
driven axial flow in an annulus occurs in many practical
applications, such as catalytic chemical reactors,
filtration devices, liquid-liquid extractors, journal
bearings, and the return flow of drilling mud between the
rotating drill string and the stationary wall in oil and
gas well drilling. The curved streamlines of the circular
Couette flow can cause a centrifugal instability leading to
toroidal vortices, well known as Taylor vortices. The
presence of these vortices changes the hydrodynamic and
heat transfer characteristics of the process. Therefore, it
is very important to be able to predict the onset of
instability. Most of the available theoretical and
experimental analyses are for Newtonian and viscoelastic
(polymeric solutions) liquids. In this work, the effect of
the viscoplastic properties of high concentration
suspensions on the onset of the Taylor vortices are
determined theoretically by solving the conservation
equations and searching the critical conditions. The
differential equations were solved by the Galerkin / finite
element method and the resulting set of non-linear
algebraic equations, by Newtons method.
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[en] 3D ELASTOPLASTIC ANALYSIS FOR SHALLOW FOUNDATIONS AND EMBANKMENTS BY THE FINITE ELEMENT METHOD / [pt] ANÁLISE ELASTO-PLÁSTICA 3D DE FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS E ATERROS POR ELEMENTOS FINITOSNILTHSON NORENA VALVERDE 23 February 2018 (has links)
[pt] A grande maioria das obras geotécnicas, tais como algumas fundações, aterros e escavações, apresentam uma configuração geométrica tipicamente tridimensional. No entanto, em função da complexidade da obtenção de soluções considerando os aspectos inerentes à condição de deformação e tensão
tridimensionais, as análises destas obras têm sido comumente realizadas adotando-se as aproximações de deformação plana e/ou axissimétrica. Esta dissertação apresenta um modelo computacional baseado na formulação em deslocamento do método dos elementos finitos para a simulação de problemas mecânicos de equilíbrio estático de obras geotécnicas em condição tridimensional. São ressaltados os problemas de capacidade de carga de fundações superficiais e a simulação da construção de aterros. O solo é considerado como um material não linear elasto-plástico e os modelos não associados Mohr-Coulomb modificado e Lade-Kim são adotados para representar sua relação tensão-deformação resistência.
As estratégias de solução não linear, tanto a nível global quanto em nível de ponto de Gauss, são apresentadas e discutidas. Os exemplos de capacidade de carga das fundações superficiais são comparados com os resultados da teoria do equilíbrio limite e da análise limite indicando bons resultados. O efeito da tensão intermediária na trajetória de tensão é apresentado e discutido nos exemplos de simulação da construção de aterros. / [en] The vast majority of geotechnical works, such as some foundations, embankments and excavations, show a typical three-dimensional geometric configuration. However, depending on the complexity of obtaining solutions considering the aspects inherent to the three-dimensional deformation and stress, the analysis of these works have been performed by adopting common approaches and plane strain or axisymmetric. This dissertation presents a computational model based on displacement formulation of finite element method for simulation of mechanical problems of static equilibrium condition of geotechnical works in three dimensions. It highlights the problems of load capacity of shallow foundations and the simulation of embankment construction. The soil is considered as material non-linear elastic-plastic models and non-associated Mohr- Coulomb and modified Lade-Kim are adopted to represent their relationship stress-strain-resistance. The nonlinear solution strategies, both overall and in the Gauss point level, are presented and discussed. Examples of load capacity of shallow foundations are compared with the results of the theory of limit equilibrium and limit analysis showing good results. The effect of tension in the intermediate stress path is presented and discussed in the simulation examples of the construction of embankments.
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[pt] OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA USANDO MALHAS POLIÉDRICAS / [en] TOPOLOGY OPTIMIZATION USING POLYHEDRAL MESHES22 February 2019 (has links)
[pt] A otimização topológica tem se desenvolvido bastante e possui potencial para revolucionar diversas áreas da engenharia. Este método pode ser implementado a partir de diferentes abordagens, tendo como base o Método dos Elementos Finitos. Ao se utilizar uma abordagem baseada no elemento, potencialmente, cada elemento finito pode se tornar um vazio ou um sólido, e a cada elemento do domínio é atribuído uma variável de projeto, constante, denominada densidade. Do ponto de vista Euleriano, a topologia obtida é um subconjunto dos elementos iniciais. No entanto, tal abordagem está sujeita a instabilidades numéricas, tais como conexões de um nó e rápidas oscilações de materiais do tipo sólido-vazio (conhecidas como instabilidade de tabuleiro). Projetos indesejáveis podem ser obtidos quando elementos de baixa ordem são utilizados e métodos de regularização e/ou restrição não são aplicados. Malhas poliédricas não estruturadas naturalmente resolvem esses problemas e oferecem maior flexibilidade na discretização de domínios não Cartesianos. Neste trabalho investigamos a otimização topológica em malhas poliédricas por meio de um acoplamento entre malhas. Primeiramente, as malhas poliédricas são geradas com base no conceito de diagramas centroidais de Voronoi e posteriormente otimizadas para uso em análises de elementos finitos. Demonstramos que o número de condicionamento do sistema de equações associado
pode ser melhorado ao se minimizar uma função de energia relacionada com a geometria dos elementos. Dada a qualidade da malha e o tamanho do problema, diferentes tipos de resolvedores de sistemas de equações lineares apresentam diferentes desempenhos e, portanto, ambos os resolvedores diretos
e iterativos são abordados. Em seguida, os poliedros são decompostos em tetraedros por um algoritmo específico de acoplamento entre as malhas. A discretização em poliedros é responsável pelas variáveis de projeto enquanto a malha tetraédrica, obtida pela subdiscretização da poliédrica, é utilizada nas
análises via método dos elementos finitos. A estrutura modular, que separa as rotinas e as variáveis usadas nas análises de deslocamentos das usadas no processo de otimização, tem se mostrado promissora tanto na melhoria da eficiência computacional como na qualidade das soluções que foram obtidas neste trabalho. Os campos de deslocamentos e as variáveis de projeto são relacionados por meio de um mapeamento. A arquitetura computacional proposta oferece uma abordagem genérica para a solução de problemas tridimensionais de otimização topológica usando poliedros, com potencial para ser explorada em outras aplicações que vão além do escopo deste trabalho. Finalmente, são apresentados diversos exemplos que demonstram os recursos e o potencial da abordagem proposta. / [en] Topology optimization has had an impact in various fields and has the potential to revolutionize several areas of engineering. This method can be implemented based on the finite element method, and there are several approaches of choice. When using an element-based approach, every finite element is a potential void or actual material, whereas every element in the domain is assigned to a constant design variable, namely, density. In an Eulerian setting, the obtained topology consists of a subset of initial elements. This approach, however, is subject to numerical instabilities such as one-node connections and rapid oscillations of solid and void material (the so-called checkerboard pattern). Undesirable designs might be obtained when standard low-order elements are used and no further regularization and/or restrictions methods are employed. Unstructured polyhedral meshes naturally address these issues and offer fl
exibility in discretizing non-Cartesians domains. In this work we investigate topology optimization on polyhedra meshes through a mesh staggering approach. First, polyhedra meshes are generated
based on the concept of centroidal Voronoi diagrams and further optimized for finite element computations. We show that the condition number of the associated system of equations can be improved by minimizing an energy function related to the element s geometry. Given the mesh quality and problem size, different types of solvers provide different performances and thus both direct and iterative solvers are addressed. Second, polyhedrons are decomposed into tetrahedrons by a tailored embedding algorithm. The polyhedra discretization carries the design variable and a tetrahedra subdiscretization is nested within the polyhedra for finite element analysis. The modular framework decouples analysis and optimization routines and variables, which is promising for software enhancement and for achieving high fidelity solutions. Fields such as displacement and design variables are linked through a mapping. The proposed mapping-based framework provides a general approach to solve three-dimensional topology optimization problems using polyhedrons, which has the potential to be explored in applications beyond the scope of the present work. Finally, the capabilities of the framework are evaluated through several examples, which demonstrate the features and potential of the proposed approach.
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[en] ANALYSIS OF PNEUMATIC STRUCTURES CONSIDERING NONLINEAR MATERIAL MODELS AND PRESSURE-VOLUME COUPLING / [pt] ANÁLISE DE ESTRUTURAS PNEUMÁTICAS CONSIDERANDO MODELOS NÃO LINEARES DO MATERIAL E O ACOPLAMENTO PRESSÃO-VOLUMEMARIANNA ANSILIERO DE OLIVEIRA COELHO 27 October 2021 (has links)
[pt] Neste trabalho um estudo de estruturas pneumáticas considerando acoplamento
pressão–volume e modelos constitutivos plásticos e viscoplásticos são desenvolvidos.
Estruturas pneumáticas são estruturas de membrana sobre as quais atuam
pressão de gases estabilizadas por tensões de tração. Essas estruturas são mais leves
que estruturas convencionais resultando em soluções mais econômicas. Elas possuem
ainda algumas características que contribuem para um desenvolvimento sustentável,
como a utilização de luz natural e ventilação e a possibilidade de reutilização.
Quando as estruturas pneumáticas são submetidas a cargas externas, essas
estruturas apresentam variação da pressão internal e do volume. Este acoplamento é
um dos objetos de estudo do presente trabalho. Soluções analíticas são desenvolvidas
para descrever este acoplamento. Em programas convencionais de elementos
finitos esse acoplamento não é considerado. Uma formulação para o acoplamento
pressão–volume para câmaras fechadas é incluído no modelo de elementos finitos
com grandes deformações. A variedade de modelos de material implementados
tem a finalidade de abranger o comportamento de muitos tipos de materiais
de membrana usados em estruturas pneumáticas. Na literatura o estudo dos materiais
de membrana para estruturas pneumáticas tem foco na análise experimental.
Modelos para material de membrana são incorporados no modelo de elementos
finitos para pequenas e grandes deformações. Os modelos constitutivos considerados
neste trabalho são hiperelástico, elastoplástico e elastoviscoplástico. A ocorrência
de grandes deformações é incluída. Um novo material baseado em superfícies
NURBS é proposto e validado com base em resultados experimentais e modelos
clássicos de materiais. Neste trabalho ênfase é dada ao material ETFE (Etileno
tetrafluoretileno), o qual é amplamente usado em estruturas pneumáticas. Os modelos
desenvolvidos aqui, como o acoplamento pressão–volume e os modelos de
materiais são implementados em elementos finitos no programa usado na cadeira
de estática das construções da TUM (Technische Universitat Munchen), chamado
CARAT++ (Computer Aided Research Analysis Tool). / [en] In this work a study of pneumatic structures considering pressure–volume coupling under plastic and viscoplastic material behavior is developed. Pneumatic structures are membrane structures acted on by air or gases stabilized by tension. These structures are lighter than conventional structures resulting in economic structural solutions. They present also some characteristics that contribute to the sustainable
development, such as the utilization of natural lighting and ventilation and its possibility of reuse. When pneumatic structures are subjected to external loads these structures present both internal pressure and volume variation. This coupling is one of the objects of the present work. Analytical solutions are developed to describe this coupling. In conventional finite element systems this coupling is not considered. A formulation for pressure–volume coupling by closed chambers is included in the framework of a finite element large strain model. The variety of material models implemented has the purpose to cover the behavior of the many kinds of membrane materials used in pneumatic structures. In the literature the
study of the membrane materials for pneumatic structures focuses on experimental analysis. Membrane material models are incorporated in the finite element model for small and large strains. The constitutivematerial models considered in this work are hyperelastic, elastoplastic and elastoviscoplastic. The onset of large strains is enclosed. A new material model based on NURBS surfaces is proposed an validated on hand of experimental results and classic material models. In this work emphasis is given to the material ETFE (Ethylene tetrafluoroethylene), which is widely used in pneumatic structures. The models developed here, such as the pressure-volume coupling and the material models, are implemented in finite elements on the program used in the Static Chair at TUM (Technische Universitat Munchen),
which is called CARAT++ (Computer Aided Research Analysis Tool).
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[en] A THEORETICAL - EXPERIMENTAL STUDY OF PRE-STRESSED STAYED STEEL COLUMNS / [pt] ESTUDO TEÓRICO-EXPERIMENTAL DE COLUNAS DE AÇO ESTAIADAS E PROTENDIDASRICARDO RODRIGUES DE ARAUJO 29 August 2005 (has links)
[pt] Colunas protendidas de aço representam uma excelente
solução estrutural em
escoramentos de grandes estruturas e em colunas de
estruturas espaciais de apoio a lonas
tensionadas de coberturas de grandes vãos. Após um estudo
extensivo do comportamento
teórico através do uso do programa ANSYS onde avaliou-se a
geometria estrutural mais
eficiente, níveis de protensão e características dos cabos
de aço, foram então definidos os
diversos ensaios experimentais a serem executados em
colunas com doze metros de
comprimento e com tubos de 89,3 mm de diâmetro. A
característica inédita deste estudo é
a execução de ensaios tri-dimensionais em escala real deste
tipo de coluna. Foram
executadas comparações de resultados teóricos com os
obtidos experimentalmente e
foram feitas recomendações de análise e projeto destas
estruturas. / [en] Pre-stressed steel columns represent an efficient
structural solution for a
great variety of temporary/permanent supports systems
including large span
spatial structures using pre-tensioned fabrics. The first
step of the present
investigation comprised a painstaking investigation of the
structural behaviour of
these members with the aid of finite element simulations
performed with the
ANSYS program. Its results indicated trends for the
determination of the most
efficient structural geometries, steel ties pre-stressing
levels and characteristics.
With these results in hand, the investigation proceeded
with full-scale
experimental tests executed in twelve meters pre-stressed
stayed steel columns
with an approximately diameter of ninety millimetres. The
main contribution of
the present investigation was the conception, development
and execution of new
tri-dimensional full-scale tests for this load bearing
systems. The test results
enable theoretical and numerical results to be validated
against experimental
evidence later to be introduced in structural design codes.
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[en] IMPLEMENTATION OF A THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL CODE FOR SIMULATING FRACTURING PROCESSES IN ROCKS / [pt] IMPLEMENTAÇÃO DE UM CÓDIGO NUMÉRICO TRIDIMENSIONAL PARA SIMULAÇÃO DE PROCESSOS DE FRATURAMENTO EM ROCHASDOUGLAS PINTO DE OLIVEIRA 23 June 2022 (has links)
[pt] Este trabalho tem como objetivo apresentar detalhes do desenvolvimento de um código numérico tridimensional para simulação de processos de fraturamento e fragmentação em geomateriais. O código se baseia no método combinado dos elementos finitos e discretos, sendo capaz de simular a transição do contínuo para o descontínuo. A princípio é apresentada uma breve introdução ao método combinado dos elementos finitos e discretos, e as suas principais implementações são destacadas. Além disso, são apresentados os conceitos básicos dos modelos de zona coesiva, ressaltando o modelo baseado em potencial PPR (Park-Paulino-Roesler). Em seguida, são apresentados os detalhes do desenvolvimento do código. O desenvolvimento do código foi dividido em quatro partes: modelagem do contínuo, transição entre o contínuo e o descontínuo, detecção e interação entre contatos e a resolução das equações de equilíbrio. As implementações feitas no código são verificadas mediante a simulação de três tipos de ensaios de laboratório comumente empregados na mecânica das rochas (ensaio brasileiro, ensaio de compressão simples e ensaio de tenacidade à fratura), cujos parâmetros utilizados e os resultados para comparação foram obtidos da literatura. Por fim, são apresentados os resultados exibindo os padrões de fraturamento para cada tipo de ensaio e suas curvas força-deslocamento, ou tensão-deformação, bem como as considerações finais e sugestões para trabalhos futuros. / [en] This work aims to detail the development of a three-dimensional numerical code for simulating fracturing and fragmentation processes in geomaterials. The code is based on the combined finite-discrete element method, being able to simulate the transition from continuum to discontinuum. At first, a brief introduction to the combined finite-discrete element method is presented, and its main implementations are highlighted. In addition, the basic concepts of the cohesive zone models are shown, emphasizing the PPR (Park-Paulino-Roesler) potential based cohesive model. Then, the details of the code development are presented. The development of the code was divided into four parts: modelling of the continuum, transition from continuum to discontinuum, detection and interaction between contacts, and the solution of the equilibrium equations. The implementations made on the code are verified upon the simulation of three types of laboratory tests commonly employed in rock mechanics (Brazilian test, uniaxial compressive strength test, fracture toughness test), in which the parameters used and the results for comparison were obtained from the literature. At last, the results exhibiting the fracture patterns for each type of test and its force-displacement, or stress-strain, curves are displayed, as well as the final considerations and suggestions for future works.
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[pt] AVALIAÇÃO DO FATOR DE INTENSIDADE DE TENSÕES EM CORPOS FRATURADOS / [en] EVALUATION OF THE STRESS INTENSITY FACTOR IN FRACTURED BODIESNAYARA DANTAS SIMOES BARBOSA 14 December 2020 (has links)
[pt] A Mecânica da Fratura é uma área da mecânica clássica que estuda os processos que podem resultar no surgimento e propagação de fraturas e trincas nos materiais. Seus conceitos podem ser empregados em diversas áreas, como, por exemplo, no desenvolvimento de novos materiais, na área industrial (auxiliando na definição dos parâmetros de criticidade de defeitos) e em projetos estruturais, onde a presença de descontinuidades pode resultar na diminuição da resistência do material, levando-o ao colapso estrutural. As fraturas podem surgir como defeitos básicos nos materiais constituintes dos elementos, podem ser induzidas nos processos de construção ou, ainda, podem ser desenvolvidas durante a vida útil da estrutura. O estudo do comportamento de uma fratura é fundamental para a verificação coerente de tensões e deformações nos projetos estruturais. Alguns autores apresentaram diferentes metodologias para o cálculo de parâmetros importantes associados à propagação de fraturas. Tais parâmetros podem variar de acordo com o comportamento do material, características geométricas, carregamentos, condições de contorno e configuração das trincas. Essas análises também podem ser validadas através de metodologias numéricas. O presente projeto tem por objetivo avaliar o Fator de Intensidade de Tensões a partir de análises numéricas de três casos de fratura com base nos conceitos da Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). Para tal, aplicaram-se duas técnicas de modelagem em Elementos Finitos: elementos quarter-point 2D e 3D e o Método dos Elementos Finitos Estendidos (XFEM) 3D. Por fim, os resultados obtidos são comparados com os resultados publicados na literatura. Apesar das vantagens associadas ao uso do XFEM para modelagem de fraturas, o cálculo pela integral de domínio para esta técnica apresenta oscilações nos valores fornecidos para as diferentes solicitações de contornos. A técnica de modelagem com Elementos Quarter-Points 2D e 3D apresenta resultados mais estáveis e próximos das soluções analíticas. / [en] Fracture Mechanics is an area of classical mechanics that studies processes that can result in the creation and propagation of fractures and cracks in materials. Its concepts can be utilized in many areas, such as, for example, the development of new materials, in the industrial area (to assist in the definition of defect criticality parameters) and in structural projects, where the presence of discontinuities can result in decreased material resistance, leading to its structural collapse. The fractures can emerge as basic defects in materials that constitute the structural elements, can be inducted in construction processes or could even be developed during the lifespan of the structure. Studying the behavior of a fracture is fundamental to verifying coherently stress and deformations on structural projects. Some authors presented different methodologies to calculate important parameters associated to the propagation of cracks. These parameters could vary according to the material behavior, geometrical characteristics, loads, boundary conditions and cracking patterns. Those analyses can also be validated through numerical methodologies. This present project aims at evaluating the Stress Intensity Factor from numerical analyses of three cracks cases based on the concepts of Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM). Two techniques of Finite Element modeling were considered: quarter-point elements 2D and 3D and Extended Finite Element Method (XFEM) 3D. In the end, the results obtained are compared with results already published in the available literature. Despite the advantages associated with the use of XFEM for fracture modeling, the calculation of the stress intensity factor by the domain integral for this technique presents oscillations in the values provided for the different contour requests. The modeling technique with 2D and 3D quarter-points elements presents results that are more stable and closer to the analytical solutions.
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[pt] O PAPEL DA ESPESSURA DE SOLO E DAS CONDIÇÕES INICIAIS DE UMIDADE NA ESTABILIDADE DE ENCOSTAS EM BACIAS HIDROGRÁFICAS DURANTE CHUVAS EXTREMAS / [en] THE ROLE OF SOIL THICKNESS AND INITIAL MOISTURE CONDITIONS ON THE STABILITY OF SLOPES IN WATERSHEDS DURING TO EXTREME RAINFALLJESSICA COSTA MAROTTI 09 June 2022 (has links)
[pt] Os deslizamentos ocorridos em grandes escalas ao redor do mundo
decorrentes, principalmente, de eventos chuvosos extremos criaram um sinal de
alerta para a necessidade de compreensão dos mecanismos de deflagração
desses movimentos de massa. No entanto, a influência de variáveis fundamentais,
como a espessura de solo e as condições iniciais de umidade, no estudo de
estabilidade de bacias hidrográficas ainda não foi totalmente esclarecido. Nesta
dissertação, simulações numéricas de fluxo e análise de estabilidade de encostas
são realizadas nas bacias hidrográficas dos rios Quitite e Papagaio.
Primeiramente, dois modelos analíticos de espessura de solo são utilizados em
simulações envolvendo o fluxo tridimensional saturado-não saturado com o uso
do método dos elementos finitos. A condição inicial de umidade também é
analisada utilizando-se dados de precipitação por um período de spin-up.
Posteriormente, o fator de segurança (FS) da região, via talude infinito, é analisado
após a imposição de um evento chuvoso extremo. Dessa forma, é possível
verificar que os intervalos de espessuras de solo de 0 a 3 m são os que mais se
assemelham às cicatrizes mapeadas, sugerindo uma abordagem mais realística
de espessura média para a bacia. Além disso, é verificado que, em eventos
extremos, o uso do spin-up time para condição inicial de umidade variável pode
não ter muita influência no fator de segurança, pois a intensidade e duração da
chuva serão os agentes deflagradores. / [en] The large-scale landslides that have occurred around the world, mainly due
to extreme rainfall events, serve as a warning signal for the need to understand
the triggering mechanisms of these mass movements. However, the influence of
fundamental variables, such as soil thickness and initial moisture conditions, in the
study of watershed stability has not been fully clarified. In this dissertation,
numerical flow simulations and slope stability analysis are carried out for the
hydrographic basins of the Quitite and Papagaio rivers. In this study, two analytical
soil thickness models are applied to saturated-unsaturated three-dimensional finite
element flow simulations. The initial moisture condition is analyzed using
precipitation data for a spin-up period. Subsequently, the safety factor (SF) is
analysed, using the infinite slope method, after the imposition of an extreme rainfall
event. From these results, it is possible to verify that the ranges of soil thicknesses
from 0 to 3 m are the ones that most resemble the mapped scars, suggesting a
more realistic approach for considering the average basin thickness. In addition, it
is verified that, in extreme events, the use of spin-up time for initial variable
humidity conditions may not have much influence on the safety factor, since the
intensity and duration of the rain will be the triggering agents.
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[pt] ANÁLISE DO FATOR DE INTENSIDADE DE TENSÃO PARA UMA PLACA FISSURADA COM REFORÇOS REBITADOS E COLADOS / [en] STRESS INTENSITY FACTOR ANALYSIS FOR A CRACKED PLATE WITH RIVETED AND BONDED REINFORCEMENTSVITOR LIMA MESQUITA 23 June 2022 (has links)
[pt] O surgimento de trincas em projetos estruturais tem sido um problema para
engenharia por algumas décadas, e uma das áreas onde este tópico é amplamente
estudado é em aeronaves comerciais. Vários acidentes ocorreram nas últimas
décadas devido ao aparecimento de uma trinca em aeronaves comerciais, e por essa
razão o estudo da mecânica da fratura é tão importante para este campo da
engenharia. Um componente estrutural é tolerante a danos se puder sustentar com
segurança o comprimento crítico a trincas até que seja reparado ou sua vida
econômica expire. Enrijecedores ou reforçadores têm a função principal de
melhorar a resistência e estabilidade dessas estruturas e fornecer um meio de
desacelerar ou parar a propagação de trincas em contenções nucleares, reatores,
viadutos, edifícios altos, aeronaves, cascos de navios, pontes e estruturas offshore.
Analisando o fator de intensidade de tensão e como o comportamento de uma folha
com e sem reforços é diferente são alguns dos problemas estudados neste trabalho.
O fator de intensidade de tensão (FIT), é um parâmetro que descreve a intensidade
do campo de tensão singular, foi usado com sucesso para estimar a resistência à
fratura e taxas de propagação de trinca por fadiga em situações em que as
suposições de elasticidade são válidas. Neste trabalho, o FIT foi obtido para placas
com reforços colados e rebitados, com base no método dos elementos finitos (MEF)
utilizando elementos quarter point por meio de simulações realizadas no software
ABAQUS. Forças no rebite foram calculadas para uma trinca com rebites e
longarinas espaçadas uniformemente. Os resultados apresentados são comparados
com os valores encontrados na literatura por meio de gráficos e mostram que o FIT
é significativamente menor do que para uma folha não enrijecida para os casos de
reforço estudados. / [en] The emergence of fractures in structural designs has been a problem for
engineering for some decades, and one of the areas where this topic is widely
studied is in commercial aircraft. Several accidents have occurred in the last
decades due to the appearance of a fracture in commercial aircraft, and for this
reason the study of fracture mechanics is so important for this field of engineering.
A structural component is tolerant of damage if it can safely sustain critical length
fractures until it is repaired or its economic life has expired. Reinforcers or stiffeners
have the main function of improving the resistance and stability of these structures
and providing a means of decelerating or stopping the propagation of fractures in
nuclear containments, reactors, viaducts, tall buildings, aircraft, ship hulls, bridges
and offshore structures. Analyzing the stress intensity factor and how the behavior
of a sheet with and without stiffeners is different are some of the issues studied in
this work. The stress-intensity factor (SIF), a parameter that describes the intensity
of the singular stress field, has been used successfully to estimate fracture strength
and fatigue crack growth rates in situations where the assumptions of linear
elasticity are valid. In this work, the SIF was obtained for plates with adhesive and
riveted reinforcements, based on the finite element method (FEM) using quarterpoint elements through simulations carried out in the ABAQUS software. Forces in
the rivet were calculated for a crack with riveted and evenly spaced stringers. The
complete results presented are compared with values found in the literature through
graphs. The results show that the stress intensity factor for the hardened sheet is
significantly lower than for an un-hardened sheet for both studied stiffener cases.
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[en] FAILURE PHENOMENA AND FLUID MIGRATION IN NATURALLY FRACTURED ROCK FORMATIONS / [pt] FENÔMENOS DE FALHA E MIGRAÇÃO DE FLUIDO EM FORMAÇÕES ROCHOSAS NATURALMENTE FRATURADASJULIO ALBERTO RUEDA CORDERO 08 November 2021 (has links)
[pt] O presente estudo propõe modelos numéricos robustos para simular os fenômenos presentes nos problemas de propagação de fraturas e migração de fluidos em formações fraturadas. Uma técnica de fragmentação de malha com uma abordagem de zona poro-coesiva é desenvolvida para simular a propagação não planar de fraturas em formações fraturadas. O modelo proposto permite estudar os efeitos dos parâmetros primários sobre a interação de fraturas hidráulicas e naturais. O trabalho desenvolve uma nova formulação hidromecânica 3D do dupla porosidade e dupla permeabilidade aprimorada para a representação mais realista do médio fraturado em simulações de reservatório. O modelo permite estudar o impacto de fraturas naturais de múltiplas escalas e orientações no desempenho do reservatório. Finalmente, o trabalho propõe uma nova metodologia que integra os modelos robustos de propagação de fratura e simulação de reservatório, para aprimorando a avaliação do desempenho da produção. Foram simulados múltiplos cenários de fraturamento hidráulico para avaliar a produção dos reservatórios. Também foram integrados modelos de fratura discreta e dupla porosidade-dupla permeabilidade para estudar os efeitos de fraturas de múltiplas escalas no reservatório estimulado hidraulicamente. Os modelos desenvolvidos foram comparados com testes experimentais, soluções analíticas e numéricas. Os resultados mostram excelente concordância e validam as formulações hidromecânicas. A partir dos resultados numéricos, se identificaram os parâmetros dominantes que influenciam o resultado do fraturamento hidráulico e a produção dos depósitos hidraulicamente estimulados. / [en] The presented study proposes robust numerical models to simulate the phenomena present in fracture propagation and fluid migration problems in fractured media. An innovative mesh fragmentation technique with an intrinsic pore-cohesive zone approach is developed to simulate unrestricted hydraulic fracture propagation in fractured media. The proposed method allows studying the effect of some primary parameters on hydraulic and natural fracture interaction. A new 3D hydromechanical formulation for an enhanced dual-porosity/dual-permeability model is proposed to represent a fractured porous formation more realistically in reservoir simulations. The new model allows the study of the impacts of natural fractures with different orientations at multiple scales on the hydromechanical behavior of the reservoir. Finally, this research work proposes a new methodology that integrates a robust fracture propagation model and reservoir simulation, improving the evaluation of production performance. We simulate several hydraulic fracturing scenarios for the assessment of the cumulative production of the reservoir. Moreover, we combined discrete fracture and enhanced dual porosity-dual permeability models to study the effects of fractures of multiple lengths on the hydraulically stimulated reservoir. The developed models are compared against experimental tests, analytical and numerical solutions. The comparative results show excellent agreement and validate the fully coupled hydromechanical formulations. From the numerical results, it was possible to identify the dominant parameters that influence hydraulic fracturing and the production performance of the hydraulically stimulated deposits.
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