Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:27:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ducatti_SuzimaraRossilhodeAndrade_D.pdf: 7132194 bytes, checksum: 45c86cfff624888f031c8047f14cc4ff (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Novos processos têm sido desenvolvidos nos últimos anos com o objetivo de otimizar as propriedades de ligas metálicas produzidas por lingotamento contínuo. Um dos processos que está em desenvolvimento é o de solidificação das placas finas com redução da espessura quando o seu núcleo ainda está na fase líquida. Nos últimos anos tem sido notado um aumento na utilização de modelos matemáticos baseados em métodos numéricos para a simulação de diversos aspectos da solidificação de ligas metálicas, visando aplicações industriais. Neste trabalho um modelo matemático é desenvolvido para analisar os efeitos da redução da espessura da placa estando o núcleo ainda líquido nos parâmetros de solidificação. O trabalho utiliza um programa genérico que resolve problemas de várias áreas de engenharia, ANSYS, baseado no método de elementos finitos para as simulações com e sem redução do núcleo líquido. Além da variação de temperatura na placa em função da posição e do tempo, obtem-se outros parâmetros de solidificação e a partir de teorias, já existentes na literatura, que propõem equações para o cálculo dos espaçamentos dendríticos de ligas metálicas, foram criadas sub-rotinas dentro do programa base com a finalidade de estimar esses espaçamentos. O modelo foi aplicado para simular processos de solidificação de uma liga alumínio-cobre e de aços com diferentes composições químicas. Foram obtidos resultados para diferentes graus de redução de espessura e alguns foram comparados com resultados experimentais para analisar a precisão do modelo. O modelo final foi aplicado para a análise da influência da redução da espessura com núcleo líquido nos parâmetros térmicos e estruturais de placas finas / Abstract: New processes have been developed in the last years to produce near net shape metallic products with final or almost final dimensions. Thin slab continuous casting is a near net shape process to produce slabs with thickness convenient for direct rolling. Numerical modeling has been explored to simulate and to predict parameters of solidification of metaIs in order to improve industrial processes. In this work a numerical model is developed to analyze the effects of liquid core reduction during solidification to the microstructure of thin slabs. This analysis involves numerical simulation applying the finite element method. The finite element method has been chosen for its efficiency and the availability of commercial computer codes for simulation of thermal and structural analysis. The mathematical model is developed introducing modifications in one of these commercial codes (ANSYS) and it is able to simulate the solidification of thin slabs submitted to liquid core reduction. The reduction of thickness of the slab is taken into account by a movement and a distortion of the meshes. Applying specific equations, a subroutine has been developed to estimate the variation of dendrite arms spacing in the slabs. The numerical model is applied to simulate solidification processes of AI-4.5wt<'IÓCu and steels with different compositions. Some numerical results are compared to experimental data to verify the precision of the numerical model. Simulations of the solidification processes, with and without liquid core reduction, are carried out in order to analyze the influence of this reduction on the solidification parameters and on the microstructure formation / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Leandro Palermo Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-25T17:05:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_JoaoBoscoPereira_M.pdf: 5512880 bytes, checksum: c7775335e5f3d7e89e4726a9a8eb443b (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho, trata-se da análise de instabilidade elástica de placas constituídas de material isotrópico e sob compressão, utilizando o Método dos Elementos de Contorno. Inicialmente é apresentado a formulação da equação diferencial para placas finas fIetidas, sujeitas a vários tipos de carregamento e condições de contorno. Esta formulação é desenvolvida para o caso de placas sujeitas a carregamentos contidos no seu plano médio. Através da resolução por auto-valores tem-se a determinação da carga crítica em várias formas de carregamento no plano e condições de contorno. Esses valores são comparados com uma solução analítica e/ou outro método numérico obtidos na bibliografia / Abstract: The elastic instability analysis of isotropic plates under compression is studied in this work using the Boundary Elements Method. This study presents the formulation of the differential equation for thin plates bending submitted to several load types and boundary conditions. This formulation is developed for plates submitted to loads in plane. The resolution by eigenvalues leads to the determination of the criticaI loads in several load types and boundary conditions. These values are compared with an analytic solution and/or numerical method from the specialized literature / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Made available in DSpace on 2014-06-12T23:16:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9057_1.pdf: 1387367 bytes, checksum: 20c199251ec7ca951166324391638f98 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2004 / A curva de retenção da água no solo h(&#952;) e a curva de condutividade hidráulica K(&#952;) são as características hidrodinâmicas do solo que se constituem nos principais dados de entrada de modelos numéricos da simulação do fluxo transitório da água e do transporte de contaminantes na zona não saturada do solo. Elas foram determinadas experimentalmente, por intermédio de ensaios de drenagem interna e de infiltração, e estimadas, utilizando o método inverso e funções hidropedológicas, para as camadas superficiais de dois solos: uma areia, num lisímetro, e um Neossolo Flúvico, de textura franca, localizado na estação experimental do Grupo de Física de Solo, DEN/UFPE. Para ambos os solos, a umidade e o potencial matricial foram obtidos de forma automatizada e armazenados em uma central de aquisição de dados. As funções hidráulicas utilizadas, para solução inversa, foram combinadas formando os chamados modelos VGBC(B) (van Genuchten-Burdine /Brooks & Corey), VGBC(M) (van Genuchten-Mualem /Brooks & Corey), VG(B) (van Genuchten-Burdine), VB(M) (van Genuchten-Mualem) e os modelos fractais MG (Média Geométrica do poro), PN (Poro Neutro) e PG (Poro Grande). As funções hidropedológicas utilizadas para h(&#952;) e K(&#952;) foram as propostas por Rawls & Brakensiek e por Cosby, respectivamente. A implementação do método inverso foi realizada combinando a sub-rotina DBCONF que minimiza uma função objeto usando o método quasi-Newton com o modelo hidrodinâmico, que resolve a equação de Richards. Os parâmetros foram obtidos minimizando-se a soma dos quadrados dos desvios entre a umidade medida e a calculada. Os pontos da curva de retenção da água no solo obtidos por intermédio da função hidropedológica foram bastante subestimados. A função hidropedológica forneceu valores satisfatórios apenas para K(&#952;) para a areia. Globalmente, como mostraram os resultados da análise estatística, para os solos estudados não ocorreram grandes diferenças na capacidade de descrever os dados experimentais a partir dos modelos clássicos e dos modelos fractais. Para ambos os solos, o melhor modelo clássico foi o VG(B) e o melhor modelo fractal foi o MG

Apresenta-se uma tese de doutorado envolvendo uma análise numérica e experimental dos campos de temperatura e velocidade em armazenadores térmicos via calor sensível. A abordagem experimental é desenvolvida em um tanque cilíndrico vertical de aço inoxidável, com razão de aspecto (H/D) de aproximadamente 1,4. Mediu-se de forma sistemática a temperatura em 28 posições no interior do reservatório e 14 ao longo da sua parede. Os sensores utilizados são termopares, sendo a armazenagem e o processamento dos dados realizados em um sistema de aquisição de dados HP75000, associado a um computador. A abordagem numérica é realizada a partir de um modelo bidimensional, transiente, não linear, em coordenadas cilíndricas, utilizando o método dos volumes finitos, tanto em situações de escoamento em forma laminar quanto turbulenta. São apresentados resultados numéricos e experimentais. A validação experimental do modelo numérico é realizada em duas fases. Na primeira delas, chamada de resfriamento rápido, são utilizadas condições de contorno de isolamento perfeito no topo e base do reservatório, enquanto que a parede lateral, sem isolamento térmico, recebe condição de primeira espécie, fornecida pela leitura dos termopares. Na segunda etapa, resfriamento lento, o domínio computacional é aumentado de forma a incluir o isolamento térmico das paredes e demais componentes estruturais do reservatório, que passam a receber a condição de contorno de terceira espécie, mais realista. Também é implementada a condição de convecção mista decorrente da convecção natural e da convecção forçada, imposta pelos fluxos de entrada e saída no reservatório. Uma vez que neste caso haverá a ocorrência de zonas turbulentas e zonas relaminarizadas no interior do reservatório, um modelo de turbulência para baixos números de Reynolds é usado. Os resultados desta simulação também são validados com dados experimentais, os quais são obtidos com a implementação de um circuito hidráulico ao reservatório utilizado na análise da convecção natural. Como aplicação simula-se o resfriamento de tanques com diversas razões de aspecto e isolamentos térmicos. Os campos de temperatura obtidos com estas simulações são utilizados de duas maneiras. Na primeira delas é obtido o número de Nusselt médio em função da diferença de temperatura média do reservatório e a temperatura ambiente. O número de Nusselt é correlacionado em função da razão de aspecto, perdas térmicas para o ambiente e volume do reservatório. Na segunda etapa, estes resultados são comparados com os obtidos com os modelos simplificados de Múltiplos Nós, freqüentes na literatura aplicada no âmbito da energia solar. / This doctoral thesis presents a numerical and experimental analysis of the temperature and velocity fields in sensible heat storage tanks. The experimental analysis utilizes a cylindrical vertical stainless steel water tank, with aspect ratio (H/D) of 1.4. The temperatures at 28 points inside the reservoir were systematically registered as well as other 14 along its walls. Thermocouples were employed to sense these temperatures, being their output voltages measured by a computer controlled data acquisition system and recorded to the computer hard disk. The numerical analysis is made through a bidimensional, transient, non-linear model, in cylindrical coordinates. The finite volumes method was employed in laminar as well as in turbulent flow conditions. Both numerical and experimental results are presented in this work. The numeric model is experimentally validated in two stages. At the first one, named fast cooling, the boundary conditions are of perfect thermal insulation at the tank top and bottom, while its non-insulated vertical walls are submitted to a prescribed condition, provided by the temperature readings. At the second stage, named slow cooling, the computational domain is enlarged in order to include the walls insulation and other structural components of the tank, submitted then to the more realistic boundary condition of third kind. The mixed convection condition, originated from the natural and forced convection imposed by inlet and outlet flows, is also implemented. Because in this case there will be turbulent and relaminarized regions inside the tank, a model for low Reynolds number was employed. The results from this simulation were also validated with experimental data, obtained from the implementation of an external hydraulic circuit connected to the tank. As an example of application, the cooling of tanks with several aspect ratios and different types of insulation were simulated. The temperature fields obtained from these simulations were used in two ways. In the first one is obtained the average Nusselt number in function of the difference between the average temperature inside the tank and the ambient temperature. These results are correlated to the aspect ratio, thermal losses to the ambient and tank volume. To conclude, these results were compared to those obtained with Multiple Node models, commonly applied at the solar energy field.

Orientador: Petronio Pulino / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-07-23T22:26:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_SauloPomponet_M.pdf: 4269009 bytes, checksum: 6983032bc758ef8f0d831f2d851e71c3 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador : Jose Mario Martinez Peres / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Ciencia da Computação / Made available in DSpace on 2018-07-17T02:37:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moretti_AntonioCarlos_M.pdf: 1669533 bytes, checksum: 375f40a44e2d5785a5b04bb48ab3bfe5 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: Não informado / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Petronio Pulino / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-07-18T06:41:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hoffmann_JoaoNelson_M.pdf: 3134904 bytes, checksum: 5a2167d2394a399428b185c9b318b21d (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Um novo tratamento matemático é proposto ao método híbrido de simulação de cargas e diferenças finitas para o cálculo de campos eletrostáticos em domínios ilimitados, também aplicável ao método híbrido similar de simulação de cargas e elementos finitos. O problema de simulação de cargas é tratado com técnicas de quadrados mínimos, utilizando a decomposição QR da matriz retangular resultante, e o método de Gram-Schmidt clássico ou modificado. Para a resolução do problema de diferenças finitas é proposto o método dos Gradientes Conjugados Quadráticos com pré­condicionamento, incluindo as necessárias técnicas de esparsidade. o sistema acoplado de equações lineares é resolvido utilizando resultados da teoria do ponto fixo. São propostas ainda novas discretizações de conduzem condições contorno, que para as resultados mais precisos. Exemplos de aplicação são inclusos, com avaliação de resultados. / Abstract: A new mathematical treatment is proposed to the hybrid method of charge simulation and finite differences for the computation of unbounded electrostatic fields, also applicable to the similar hybrid method of charge simulation and finite elements. The charge simulation problem is solved by making use of the least squares technique, including the QR decomposition of the resulting rectangular matrix, and the classical or the modified Gram-Schmidt method. The Conjugate Gradient Squared method with a preconditioning technique is proposed for the solution of the finite difference problem, which is stored in the computer with adequate sparsity techniques. The resulting coupled system of linear equations is solved by making use of some results of the fixed point theory. New procedures are also suggested for the discretization of the boundary conditions, which lead to results of increased precision. Case studies are included and the results are analysed. / Mestrado / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T01:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_Valter_M.pdf: 15616905 bytes, checksum: e24246d006fcf23db751e25975bd12f1 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Uma solução numérica das equações do momentum, em duas dimensões, para um escoamento bifásico, fluido(s) Newtoniano(s), regime permanente, laminar, axial, plenamente desenvolvido, num conduto longo, na horizontal e com secção transversal circular, é levada a efeito. Os padrões anular e estratificado são considerados presumindo a interface como sendo circular-cilíndrica ou um segmento de arco de uma superfície cilíndrica, possivelmente de curvatura zero (corda). Matematicamente, o fenômeno físico é descrito por equações tipo condução e representa um escoamento potencial. Para resolver o problema, utiliza-se do método Flux-Spline (Varejão, 1979), o qual baseia-se na formulação de volumes de controle (patankar, 1980), porque revela-se mais acurado e econômico que outros esquemas. Além disso, foi engendrado para lidar com termos fonte homogêneos por partes, feição particularmente interessante neste tipo de assunto. Ademais, a presença de uma superfície de separação entre as fases, cuja posição é conhecida previamente, impõe o uso de uma estrutura de coordenadas curvilíneas generalizadas, portanto o trabalho de Hsu (1981), que estendeu o conceito supra mencionado, originalmente derivado para coordenadas Cartesianas, é empregado. Os resultados são confrontados àqueles investigados por Bentwich (1964) e as comparações em termos de vazões volumétricas mostram muito boa concordância. Aquele autor concebeu uma solução analítica sob as mesmas premissas feitas aqui, todavia a referida técnica numérica não está restrita a tais limitações: apenas, para um problema em especial, uma malha computacional apropriada deve ser construída a fim de mapear o domínio de cálculo / Abstract: A numerical solution of the two-dimensional momentum equations for a two-phase, Newtonian fluid(s), steady, laminar, axial, fully developed flow in a long, horizontal, circular pipe is conducted. The annular and stratified patterns are considered by assuming the interface between the phases to be either circular-cylindrical or an arc-segment of a cylindrical surface, possibly of zero curvature (chord). Mathematically, the physical phenomenon is described by conduction-type governing equations and represents a potential flow. To solve the problem, the Flux-Spline method (Varejão, 1979), built on the basis of the contral-volume formulation (Patankar, 1980), is used, because it shows to be more accurate and economic than other schemes. Besides, it was devised to handle homogeneous by parts source-terms, a feature particularly interesting in this type of question. Moreover, the presence of the interface, whose position is known in advance, imposes the use of a general curvilinear coordinates frame, hence the work of Hsu (1981), who extended the aforementioned concept, originally derived to Cartesian coordinates, is utilized. The results are confranted against the calculations carried out by Bentwich (1964) and comparisons in terms of volumetric flow rates show a very good match. That author constructed an analytical solution under the same assumptions made here, although the referred numerical technique is not restricted to such limitations: only, for a given problem, an apprapriate computing mesh must be placed to map the domain of calculation / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta um estudo a respeito do comportamento do solo durante a escavação de um túnel, com foco na metodologia de escavação mecanizada. São abordadas diretrizes para a modelagem numérica de túneis com o emprego de diferentes métodos de cálculo, distintos modelos constitutivos para representação do comportamento do solo e duas maneiras de se representar o revestimento da escavação. Alguns conceitos fundamentais relacionados a escavações de túneis de grande diâmetro em solo com o emprego de máquinas tuneladoras são descritos, como os tipos de máquinas existentes (com ênfase nas máquinas do tipo EPB - Earth Pressure Balance), princípios de funcionamento e modos de operação, além de uma comparação deste método com a metodologia sequêncial tradicional. É realizada uma revisão bibliográfica sobre distintos métodos de cálculo para estimar a estabilidade de uma escavação, a previsão da deformação no maciço e os esforços atuantes no revestimento do túnel. O trabalho também apresenta uma revisão de publicações recentes a respeito da modelagem numérica de túneis escavados mecanicamente, destacando algumas diferenças em relação à metodologia sequencial. Uma das diferenças é com relação à simulação do revestimento do túnel, com a possibilidade de se considerar as propriedades das juntas dos anéis. Outro ponto distinto é o método de cálculo empregado, levando em conta na simulação aspectos específicos da escavação mecanizada, como pressão de frente aplicada, vazio anelar e injeção de grout. É feita uma breve introdução e são apresentados os conceitos básicos de dois modelos constitutivos do solo: o modelo elastoplástico perfeito conhecido como Mohr-Coulomb e o modelo elastoplástico com endurecimento Hardening Soil. Utilizando alguns dos conceitos estudados na revisão bibliográfica, são realizadas análises numéricas bidimensionais retroanalisando um caso real de escavação com tuneladora. Foi utilizado o programa de elementos finitos Plaxis para realizar comparações entre os métodos de cálculo do alívio de tensões e da contração, além da simulação do revestimento com ou sem a consideração das juntas. Por fim é feita uma análise crítica dos resultados obtidos nas diferentes modelagens numéricas. / This research presents a study about the soil behavior during the excavation of a tunnel, focusing on the mechanized excavation methodology. Guidelines for the numerical modeling of tunnels with the use of different calculation methods, distinct constitutive models to characterize the soil behavior and two ways of representing the lining of the excavation are addressed. Relevant aspects regarding excavations of large diameter tunnels in soil with the use of TBM (Tunnel Boring Machine) are presented, like types of machines, with the focus on the Earth Pressure Balance (EPB) machines, fundamental concepts of the methodology and operation modes, besides a comparison of this method with the traditional sequential methodology. A literature review on different methods of calculation to estimate the excavation stability, the prediction of ground deformation and the efforts acting in the tunnel lining is made. The research also presents a review of recent publications regarding numerical modeling of mechanically excavated tunnels, highlighting some differences with the sequential method. One of these differences is related to the simulation of the tunnel lining, with the possibility of considering the properties of the ring joints. Another different point is the calculation method employed, considering in the simulation specific aspects of mechanized excavation, as front pressure applied, ring void and grout injection. A brief introduction is made about constitutive models to represent the soil behavior and the basic concepts of two constitutive soil models are presented: Mohr-Coulomb and Hardening Soil. Using some of the concepts studied in the literature review, it is performed two-dimensional numerical analysis with a back-analysis of a real case, using the finite element model program Plaxis, comparing the calculation methods of stress relieving and contraction, as well as the tunnel lining simulation with or without consideration of the joints. Finally, it is made a critical analysis of the results of the numerical simulations.

Estimativas de desempenho de compressores axiais através de métodos numéricos, entre eles o Método da Curvatura das Linhas de Corrente, são ferramentas utilizadas para reduzir o custo e o tempo de desenvolvimento de compressores axiais. A qualidade dos resultados está intimamente ligada às correlações que relacionam o escoamento à máquina, isto ée, correlações de incidência de mínima perda, de perda de pressão total e de desvio. O presente trabalho estuda as diferenças dos resultados obtidos com diferentes correlações de modo a definir a validade destas nos casos estudados e apontar as possibilidades de desenvolvimento do programa disponível no ITA. Pretende-se, desta forma, que as limitações do método, devido as simplificações necessárias, sejam totalmente exploradas. Foram simulados dois compressores: um estágio de "fan" de razão de pressão 1,35 (estágio NASA 53) e um estágio de compressor de alto desempenho construído com perfil MCA (estágio NASA 37).