[pt] A análise teórica de cabos de aço é bastante complexa. Durante anos, muitos tipos de cabos de aço têm sido testados experimentalmente para as mais diversas aplicações. No início dos anos 70, foi desenvolvido por Costello, um modelo teórico para prever as tensões de contacto entre os arames de uma perna de um cabo de aço. A partir deste modelo teórico, que possibilitou o estabelecimento das equações de equilíbrio de cada elemento do cabo, diversos trabalhos foram desenvolvidos na tentativa de solucionar as equações de cabos. Este sistema de equações é não linear e deve ser resolvido numericamente para os casos genéricos. Em 1994, uma aproximação linear para estas equações foi desenvolvida por Velinsky. Estas equações lineares de equilíbrio de cabos foram posteriormente generalizadas para geometrias e construções complexas. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa para análise de cabos de aço de geometria complexa. O trabalho inicialmente apresenta o estudo das deformações de um arame helicoidal. Diversos destes arames formam as pernas, que enrolados posteriormente produzirão os cabos de aço. As deformações do cabo de aço são estudadas a partir da deformação individual de cada uma das pernas que o constituem. O programa desenvolvido neste trabalho considera o comportamento de cabos de aço composto por qualquer número de pernas (estas com qualquer número de arames). Estes cabos de aço podem ainda ter ou não núcleo interno. Os algoritmos utilizados pelo programa baseiam-se nas equações desenvolvido por Phillips e Costello em 1993. Os resultados obtidos por este programa são comparados com diversos resultados experimentais e numéricos disponíveis na literatura. O programa se mostrou capaz de simular o comportamento em cabos de construção complexa. Carregamentos compostos pela combinação de tração, com torção e flexão e ainda o efeito da passagem do cabo por roldanas e tambores de enrolamento em guindastes foram testados. As tensões e deformações obtidas nas mais diversas geometria de cabos com ou sem núcleo interno mostraram excelente concordância em todas as comparações feitas. / [en] The theorical analysis of wine rope is rather complex. Over the years, may types of wine rope have been tested experimentally for various applications. In the early 1970, Costello developed a theorical model to predict the contact stress in the individual wires of a strand. This model led to a series of papers on the solution of their equations of equilibrium. These equations are highly nonlinear and must be solved numerically on the computer. Approximate linear equations have been derived by Velinsky et al (1994), and generealized for any kind of wire rope by others. This work shows the development and results of a computer program that has been developed to analyze complex cables. The analysis of a rope begins with a study of the deformation of a helical wire in a strand. By the deformation of all wires in a given strand, one determines the response of that strand. Again by the deformation of all strands in the rope, one determines the response of a rope. The program developed treats in a realistic manner the deformation and stress of ropes having or not internal-wire-ropes cores. The algorithms is built around the original nonlinear equation of Philips and Costello (1993). Numerical results is presented and compared with the experiments reports in the literature. The program is capable of simulating bahavior in various situations and complex constructions for rope loaded in tension with twisting and bending over a sheave or drum. The stress and strain of diferents wire ropes habving an internal-wire-rope core (IWRC) are obtained eficiently in all experiments. The results show that the presented implementation produce minimum variation between the theory or the expected results. Results may be extended to include other consideration of rope behavior as contact stress and friction effect.

[pt] Sistemas de aquisição e visualização de dados multicanais vêm se impondo como a tendência nas aplicações que demandam a medição e análise de resultados de testes. Neste trabalho foi desenvolvido um sistema extensométrico automatizado, o qual através de testes reais no ambiente da engenharia mecânica pôde ser analisado em termos de performance, vantagens e desvantagens quando aplicado em três diferentes técnicas extensometricas (i) a tradicional, baseada na ponte de Wheatstone, (ii) a medição direta de resistência (ligação em 4 fios), e (iii) a medição de tensões residuais pelo método do furo cego. O sistema desenvolvido gerencia qualquer tarefa extensometrica, o qual através de telas com interface amigável, possibilita medições com relativa simplicidade e bastante eficiência. / [en] Multi-channel data acquisition and visualization systems have been the main option in applications that demand measuring and analyzing test results. In the present work, an extensometry-orientated automated system has been developed, and this system was tested througth real tests on the mechanical engineering environment and analyzed in terms of performance, advantages and disadvantages when applied in three different extensometric techniques (i) the traditional, with Wheatstone Bridge, (ii) Resistance Direct Measuring (4 wires connection), and (iii) Residual Stresses Measuring by the Blind Hotel Method. The developed system manages any extensometric task, and by using friendly interface screens, measuring can be accomplished with some simplicity and very musch efficiency.

[pt] Tubos de aço de grande diâmetro, baixa espessura e alta resistência mecânica, possuem tendência à formação de rugas no lado compressivo do curvamento (intrados) ao serem curvados a frio. A presente dissertação descreve os principais códigos de projeto nacionais e internacionais, quanto à presença de rugas provenientes desse tipo de curvamento em dutos, e propõe um ângulo para o qual há a formação do enrugamento. Os códigos internacionais mostram-se conservadores quanto à presença de rugas nos tubos curvados, uma vez que o enrugamento é uma mudança geométrica que, a princípio, gera concentração de tensões e susceptibilidade à ocorrência de falhas por fadiga. Esta dissertação faz uso do método de elementos finitos para modelar a formação do enrugamento e determinar fatores de concentração de tensões, nestas regiões, para carregamentos de pressão interna. Os fatores encontrados são comparados com resultados encontrados na literatura e utilizados no cálculo contra a fadiga por meio de diferentes métodos: Markl, inclinações universais de Manson e ASME seção VIII divisão 2. Neste estudo foram utilizados tubos de aço estrutural API X70 com razão diâmetro espessura (D/t) variando de 20 a 100, modelados por meio do software Abaqus(r). Foram obtidas curvas com ângulo de 4°/diâmetro e enrugamentos severos, com razão entre a altura da ruga e o diâmetro do tubo (d/D) da ordem de 6,5% e fator de concentração de tensão chegando a 1,89. Os modelos de tubo enrugado não apresentaram falha na resistência mecânica à pressão interna aplicada, quando esta é suficiente para obtenção de tensão circunferencial nominal equivalente a 100% do limite de escoamento do material. Os resultados de vida em fadiga para os diferentes métodos aplicados variam de acordo com o método utilizado, mas todos apresentam redução na vida do tubo com presença de enrugamento severo. O estudo propõe que se utilize para o cálculo da vida em fadiga um procedimento conservador que associa o fator de concentração de tensão determinado por Rosenfeld com o método de cálculo contra a fadiga recomendado pelo código ASME VIII. O estudo sugere ainda, que sejam realizadas novas análises de forma a considerar o efeito Bauschinger e a instabilidade à flexão do modelo não avaliados no presente trabalho. / [en] Large diameter, thin walled, high mechanical resistance steel pipe has a tendency to wrinkle on the compressive side (the intrados) of the bend when it is cold bent. This dissertation describes the principal national and international design codes that apply to wrinkling resulting from pipe cold bending, and it proposes an angle at which such wrinkling occurs. The international codes prove to be conservative regarding wrinkling in bent pipe, since a wrinkle is a geometric change, which at first causes a stress concentration and susceptibility to fatigue failure. The dissertation uses the finite element method to model the formation of wrinkling and to determine stress concentration factors in these areas for internal pressure loading. The resulting factors are compared with the results found in the literature and are utilized in calculating fatigue life by means of the following methods: Mark1, Mansons universal inclinations and ASME Section VIII Division 2. In this study API X70 structural pipe with a diameter thickness (D/t) ratio varying from 20 to 100 was utilized, and modeled using Abaqus(r) software. Bends with an angle of 4°/diameter and severe wrinkling resulted, with a ratio between the peak of the wrinkle and the diameter of the pipe (d/D) of about 6.5% and a stress concentration factor nearing 1.89. The wrinkled pipe models did not reveal any lack of mechanical resistance to the applied internal pressure when it is sufficient for obtaining a nominal circumferential stress equivalent to 100% of the yielding limit of the material. The fatigue life results for the different methods varied according to the method that was utilized, but all displayed a reduction in pipe life if there was severe wrinkling. The study proposes a conservative procedure to be utilized for calculating fatigue life. This procedure associates the stress concentration factor determined by Rosenfeld with the method for calculating fatigue recommended by the ASME VIII code. Furthermore, the study suggests that new analyses may be performed in order to consider the Bauschinger effect and the model bend instability, which the study did not evaluated.

Nenhuma / Para o aprimoramento da qualidade e confiabilidade dos equipamentos considerados de grande responsabilidade, existe a necessidade de promover maior controle das imperfeições que venham a ocorrer durante os diversos processos de fabricação. Dentre eles, observa-se que nos de soldagem, ocorrem fenômenos físicos e metalúrgicos, termicamente ativados, que resultam no aparecimento de dois tipos principais de imperfeições: tensões residuais e distorções geométricas. O estado de tensões residuais distribuídas nas juntas soldadas representa um fator importante na determinação do valor de carga aplicável e na vida útil do equipamento, para cada aplicação e está diretamente alinhado com o procedimento de soldagem envolvido na fabricação. Assim, o monitoramento do estado de integridade do equipamento, em serviço, deve ser realizado por meio da aplicação regular e periódica de ensaios não destrutivos, adequados às características das descontinuidades relevantes. Vários trabalhos demonstram a sensibilidade do ruído magnético Barkhausen como método complementar de caracterização de materiais ferromagnéticos, na verificação de características de sua microestrutura, tais como tamanho de grão e fases envolvidas e, também, para avaliação do teor de carbono, da presença de descontinuidades superficiais, distribuição de tensões mecânicas e características de resistência à fadiga e fratura. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo experimental sobre a utilização do método não destrutivo baseado na análise do Ruído Magnético Barkhausen - RMB para a detecção e medição de tensões residuais do aço ASTM A 508 de uma junta soldada dissimilar. Para tanto, foram estabelecidas medidas e análises do RMB Também, foram realizadas medidas com o furo central. Os resultados obtidos apontam para a viabilidade de aplicação do RMB como método de END na medição de tensões residuais em juntas soldadas de materiais dissimilares. Algumas limitações para a aplicação prática do método foram encontradas e são apresentadas. / With aim to improve the quality and reliability of great responsibility equipment, it is necessary to promote higher control over the flaws and discontinuities that could appear during the fabrication processes. Welding processes involve thermally activated metallurgical and physical phenomena, resulting in two main types of defects: residual stresses and geometric distortions. Distributed residual stresses state on welded joints represents an important factor to the determination of applicable loading and the lifetime of such equipment, for a particular application and is directly aligned with the welding procedure used for its fabrication. So, their integrity condition - in service - should be verified by means of regular and periodic application of nondestructive tests -- NDT, focused into the characteristics of the relevant flaws. Several studies demonstrate sensibility of magnetic Barkhausen noise as a complementary method useful to characterize ferromagnetic materials, to search some of their micro structural properties, such as: grain size and phases, and to evaluate carbon content, surface discontinuity presence, mechanical stresses distribution, and fatigue and fracture resistance characteristics. The objective of this work is to present an experimental study on the usage of magnetic Barkhausen noise MBN as a nondestructive method for the detection of residual stresses in a dissimilar ASTM A 508 welded joint. Correlations were established comparing the stresses values determined by the MBN analysis with those equivalent ones obtained by means of classical central hole drilling method. The achieved results pointed out the viability of the application of MBN to measure residual stresses in dissimilar welded joints. Some limitations for the practical implementation of such method were found and are mentioned.

[pt] Consiste este trabalho na elaboração de um elemento finito de simples aplicação para placas e cascas. Por apresentar um campo de rotações independentes do de deslocamentos, pode se utilizar polinômios de interpolação bastante simples, tendo-se adotado os de segundo e terceiro grau. Uma penalização implícita no funcional energia total permite que, no limite para cascas finas, as hipóteses de Kirchoff – Love sejam automaticamente satisfeitas. / [en] The object of this work is the presentation of a simple triangular finite element for plates and shells. Since the rotation fields are assumed independent of the displacement fields, simple shape functions of second and third degree were used. An implicit penalty method allows one to solve thin shell problemas since the Kirchoff- Love hypothesis are automatically satisfied.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-09T16:35:51Z No. of bitstreams: 1 124553.pdf: 676744 bytes, checksum: 32086bb9ea8d0f46a76f31ef2f6e9dc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-09T16:35:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 124553.pdf: 676744 bytes, checksum: 32086bb9ea8d0f46a76f31ef2f6e9dc5 (MD5) Previous issue date: 1971-05 / CAPES / O presente trabalho, todo ele restrito à elasticidade linear, consta de 3 capítulos. No primeiro capítulo é feita tuna revisão do problema de Saint – Venant (torção e flexão de cilindros) e da necessidade de ser feita a chamada da “hipótese de Saint-Venant”. Apresenta-se ainda a generalização da hipótese, sob a foma de “Principio”, feita por Boussinesq e Love e os teoremas propostos por Stemberg e Zanaboni. No segundo capítulo, aborda-se o teorema de Toupin sabre a forma fraca do Princípio, fazendo-se uma análise dos resultados por ele obtidos. Nas conclusões são apresentados alguns resultados obtidos, ligados à foma fraca do Principio de Saint-Venant. / The present paper, cornpletely restricted to Linear Elasticity, is presented in three chapters. In the first chapter, a review on Saint-Venant' s problem (torsion and flexion of beams) is made and the necessity of the so-called "Saint-Venant's Hypotesis" is indicated. The generalizations of the hypotesis made by Boussinesq and Love, as well as Sernberg's and Zanaboni's Theorems, are discussed. In the seoond chapter, Toupin' s Theorem on the weak form of Saint-Venant Principle is presented and some of his results are discusses. Finally, the author presents some results related to the weak form of Saint-Venant's Principle obtained in his reoent research.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-22T14:47:56Z No. of bitstreams: 1 157502.pdf: 1942864 bytes, checksum: 554fe62a625257b9d181eb05f29a237b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-22T14:47:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 157502.pdf: 1942864 bytes, checksum: 554fe62a625257b9d181eb05f29a237b (MD5) Previous issue date: 1982-07 / As estruturas de apoio de um sistema de tubulações são, na indisponibilidade de valores mais precisos, modeladas como molas com altas constantes de rigidez, para fins da análise de flexibilidade. Apesar de que este procedimento encontre justificativa no fato de se obter, geralmente, resultados conservativos para as cargas estimadas nos apoios de um sistema submetido a um dado carregamento, seus efeitos sobre o comportamento do próprio sistema não são facilmente previsíveis. Investigam-se, neste trabalho, os valores de rigidez de alguns apoios reais. Explora-se ai a possibilidade de expressar a configuração de apoios do tipo bocal de vaso por um número resumido de parâmetros adimensionais. A avaliação comparativa do comportamento de um sistema tomado para exemplo, quando se modelam estruturalmente os apoios ou, alternativamente, é adotada uma sequência crescente de constantes de rigidez, demonstra a necessidade de se obter e utilizar valores que simulem mais adequadamente a rigidez real dos apoios. / The support structures of a piping system are, in lack of more accurate values, modelled as springs with high stiffness constants, for flexibility analysis purposes. Although one may justify this procedure based upon the conservative results which, usually, are obtained for the supports' estimated loads, its effects on the system's behaviour are not easily predictable. Stiffness values for some support structures are here investigated. In this context, the possibility of expressing the shape of supports of the vessel's nozzle kind by a reduced set of dimensionless parameters is exploired. A comparative case-stúdy of the behaviour of a system, when its suports are structurally modelled or, instead, an increasing sequence of stiffness constants is adopted, shows the need to obtain and employ values which can simulate more adequately the supports' actual stiffness.

[pt] O presente trabalho tem como principais objetivos estudar a formulação do método dos elementos de contorno e implementar um programa computacional para análise de tensões de problemas bi-dimensionais (estado plano de deformação e axissimetria) considerando também a possibilidade de acoplamento dos métodos dos elementos de contorno (MEC) e dos elementos finitos (MEF). Dentro deste estudo são abordados as soluções fundamentais para materiais linearmente elásticos, a formulação das integrais no contorno, as técnicas para tratamento de singularidade, a utilização de nós duplos para estudos de canto, etc. Os resultados numéricos obtidos em alguns problemas bi-dimensionais pelos métodos dos elementos de contorno e dos elementos finitos, considerando isoladamente ou acoplados, são comparados mutuamente e com soluções analíticas da teoria da elasticidade linear. Vantagens e desvantagens destes métodos, bem como dificuldades de implementação numérica, são discutidas ao longo deste trabalho. / [en] The main objectives of this work are the study of the boundary element formulation as well as the implementation of computer program for stress analyses of bidimensional problems under axisymmetric or plane strain conditions. The computer program also combines the boundary element method (BEM) with the finite element method (FEM) thus permitting its application to wide range of geotechnical problems. In this study research several mathematical aspects of the boundary element method are reviewed, such as the fundamental solutions for elastic materials, contour integration, singularities, corner problems, etc. The numeric results obtained in some 2D problems the BEM and FEM, in a coupled or isolated form, are compared with analytical solutions provided by classical theory of elasticity. Advantages and shortcomings of both methods, as well as the difficulties in the computer implementation, are also discussed in this work.

[pt] Este estudo é uma investigação experimental das vibrações flexurais de uma viga em balanço causadas por impactos axiais.Uma série de medidas foi feita usando-se uma viga de aço inoxidável submetida a impactos de diferentes magnitudes,aplicados através de um arranjo massa-pêndulo. A amplitude dos impulsos foi variada mudando-se o peso e o ângulo de lançamento da massa do pêndulo. Para a gama e a característica dos impactos utilizados nesta investigação,concluímos que a amplitude dos impulsos aplicados é o parâmetro relevante da resposta transversal da viga. As máximas tensões de flexão e os máximos deslocamentos laterais relacionam-se linearmente com a amplitude dos impulsos axiais aplicados.Não foi observada nenhuma instabilidade dinâmica,no sentido de deslocamentos laterais excessivos, na gama de impulsos utilizados nessa pesquisa. / [en] This study is an experimental investigation of the dynamic response of a cantilever beam due to axial impact. A series of response measurements were made for a cantilevered stainless steel beam subjected to impulses of different magnitudes.The impulses were produced by a pendulum-impact mass arrangement and their magnitudes were varied by changing the weight and release angle of the pendulum mass. For the range and character of impulses utilized in this investigation,it is concluded that magnitude of the applied impulse is the relevant parameter for the transverse response of the beam.Moreover,both maximum bending stresses in the beam and its maximum lateral displacements were found to be linearly related to the magnitude of the applied axial impulses. No dynamic instabilities,in the sense of excessive lateral displacements of the beam, was observed for the range of impulse magnitudes selected here.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-20T18:07:28Z No. of bitstreams: 1 158139.pdf: 1149685 bytes, checksum: 165bbdaaaec313c6a4bbd28b6c09d515 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-20T18:07:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 158139.pdf: 1149685 bytes, checksum: 165bbdaaaec313c6a4bbd28b6c09d515 (MD5) Previous issue date: 1983-03 / Apresenta uma análise da aplicação do Método dos Elementos de Contorno ao problema definido pela vibração forçada de um par de cilindros esbeltos imersos em uma região fluida infinita. Na formulação do problema foram utilizadas hipóteses simplificadoras, reduzindo-se o mesmo à determinação de um potencial complexo. Para a realização de tal análise, foi desenvolvida a solução analítica para o problema e, com ela, foram comparados os valores obtidos através da solução numérica acima mencionada. Para a comparação de tais soluções, foram utilizados os valores dos coeficientes de massa adicionais característicos do problema. / The purpose of this work is to analyse the use of the Boundary Element Method (BEM) for solving the problem defined by the forced vibration of a pair of slender circular cylinders immersed in aninfinite fluid domain. The formulation of the problem is done through the assumption of simplifying hipoteses, which reduce its solution to a complex potential determination. In arder to perform the above mentioned analysis, an analytic solution for the problem was developed and compared with the values obtained through the BEM numerical solution. In the comparing of those solutions, the values of the additional mass coeficients for the problem were used.