Orientador: Luiz Carlos Pereira da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-08T01:32:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_LucianoJoseda_M.pdf: 4123648 bytes, checksum: 8230dacb74058918f80eb46ac227e7d6 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O objetivo desta dissertação é investigar o grau de segurança da rede elétrica do Estado de São Paulo em relação ao risco da ocorrência de colapso de tensão. São considerados no estudo um número significativo de casos base (N-0) e casos com contingências simples (N-1). Métodos baseados no cálculo de curvas PV são utilizados para a avaliação das margens de estabilidade dos diferentes cenários de operação. No entanto, estes métodos não propiciam a identificação de barras ou áreas críticas do sistema do ponto de vista da estabilidade de tensão, as quais representam as melhores opções para a aplicação de medidas de reforço e/ou corretivas contra o problema de instabilidade. A técnica de análise modal é aplicada para a identificação de áreas críticas em relação à estabilidade de tensão, permitindo capturar as regiões da rede elétrica do Estado de São Paulo que requerem maior atenção. Utilizando a metodologia de análise modal foi ainda possível verificar a abrangência das contingências capturadas através do método da curva PV, possibilitando mensurar o impacto de cadacontingência como local, de área ou sistêmico. Os resultados desta pesquisa permitem concluir que a malha principal do Estado é redundante, não havendo a perda sistêmica da estabilidade de tensão para cenários de contingências simples / Abstract: This work investigates the security level of the transmission network of the State of São Paulo with respect to the occurrence of voltage collapse. A number of credible scenarios including base cases (N-0) and single contingency (N-1) cases are considered. PV curve methods are employed for evaluating the voltage stability margin for the selected set of operative scenarios. However, these methods do not provide the identification of critical buses or areas from the perspective of voltage stability, which represent the best options for the application of reinforcement/corrective measures against the instability problem. The modal analysis technique is applied for the identification of critical areas with respect to voltage instability, allowing the selection of the areas of the grid that request special attention. The modal analysis method also provide the means of quantifying the impact area of the contingencies captured through the PV curve method, providing a way of separating a set of credible contingencies into three groups as far as their impact: branch-wide contingencies, area-wide contingencies and system-wide contingencies. The results of this research leads to the conclusion that the main transmission network of the State of São Paulo is redundant, since no cases occurred of systemic loss of voltage stability due to single contingencies / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: José Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T11:33:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_GuilhermeOrelli_M.pdf: 4245499 bytes, checksum: dbf4eaee15fa8956c837eb4d59464baf (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, um importante aspecto da pesquisa em acústica musical consiste em relacionar propriedades físicas mensuráveis de um instrumento musical e a avaliação subjetiva de sua qualidade sonora ou tonal. Tem sido necessário, portanto, o desenvolvimento de métodos analíticos e numéricos para previsão do comportamento vibroacústico do instrumento, possibilitando a determinação de parâmetros objetivos que possam ser usados para controlar a sua qualidade tonal. Dessa forma, o presente trabalho realiza análises modais acústica, estrutural e vibroacústica (acoplamento entre fluido e estrutura), calculadas pelo método de elementos finitos (MEF), com o objetivo de determinar o comportamento dinâmico da caixa de ressonância da viola em termos de frequências naturais e as correspondentes formas dos modos. Primeiramente, é apresentado um modelo simplificado, que despreza as estruturas internas de reforço, mas adota as dimensões principais de uma viola real. Depois o mesmo modelo foi expandido, sendo acrescentados os reforços internos, porém com dimensões ainda aproximadas. Por fim, o terceiro modelo foi elaborado em relação às dimensões de uma viola real e seus respectivos reforços internos. Com isso, também foram realizados procedimentos experimentais a fim de verificar as capacidades e limitações do método computacional empregado. Finalmente, os resultados obtidos pelos métodos numéricos e experimentais são comparados e discutidos / Abstract: An important aspect of musical acoustics research is to identify the relationship of measurable physical properties of a musical instrument with the subjective evaluation of their sound quality or tone. Therefore, for musical instruments including resonance box, it is important to develop analytical or numerical methods to predict accurately its vibroacoustic behavior. These methods will enable the determination of key parameters that can be used to control the tone and sound quality. This work uses theoretical modal analysis with finite element method (FEM) to determine the dynamic behavior of a Brazilian guitar resonance box in terms of natural frequency and mode shapes. At first, is presented a simplified model that neglects the internal structures of reinforcement (struts, ribs, brackets, etc.), but adopts the main dimensions of a real Brazilian guitar. Then the same model was expanded with the addition of the internal reinforcements, but with approximate dimensions yet. Finally, the third model was designed regarding the dimensions of a real Brazilian guitar and their internal reinforcements. Experimental procedures were also performed to verify the capabilities and limitations of the computational method employed. The results obtained by numerical and experimental methods are compared and discussed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

O projeto de estruturas e máquinas deve considerar as restrições impostas pelas condições de contorno. Tais condições podem ser de natureza dinâmica, limitando assim as faixas de frequência às quais a estrutura ou máquina pode operar. Dentre as diferentes ferramentas disponíveis para trabalhar com restrições dinâmicas, a otimização de forma se mostra como uma interessante alternativa para afastar as frequências naturais das faixas problemáticas. Um modelo de elementos finitos de malha de 4x5 elementos é correlacionado com os resultados de uma análise modal experimental, e a otimização é realizada utilizando-se o software Nastran. Após usinar a placa com a espessura otimizada, boa concordância é atingida entre os resultados experimentais e os previstos numericamente. Apesar dos bons resultados, obter a placa com 4x5 elementos, cada qual com sua espessura, foi difícil por conta das dimensões envolvidas. É mais apropriado fabricar uma superfície contínua na placa com uma geometria conhecida. Para isso, modelos com malhas mais finas são necessários no procedimento de otimização, e tal quantidade de variáveis nem sempre converge a uma solução. De fato, um modelo com 48x60 elementos para a placa estudada não convergiu a uma solução para as mesmas frequências desejadas. A contribuição principal deste trabalho é mostrar que uma interpolação (linear ou cúbica) dos resultados de uma otimização de forma de malha grossa leva à solução do problema de otimização de uma malha mais refinada. Em outras palavras, é possível obter uma geometria de superfície contínua que otimiza frequências naturais em placas a partir de modelos de elementos finitos de malha mais grossa, sendo assim desnecessários modelos de malhas muito refinadas e altos custos computacionais. / The design of structures and machines must consider the restrictions imposed by the boundary conditions. Such conditions can be of dynamic nature, thus limiting the frequency ranges that the structure/machine can operate. Among the different design tools available for dealing with dynamics restrictions, shape optimization is an interesting way of deviating natural frequencies from problematic ranges. In this work, one presents the shape optimization of a cantilever plate aiming at desired natural frequencies. A 4x5 elements grid finite element model is correlated to results from experimental modal analysis, and the optimization is done with help of Nastran software. After machining the plate with optimized thickness, good agreement is achieved between experimental and numerically predicted results. Despite successful results, machining the plate in 4x5 discrete elements with individual (stepped) thickness showed to be cumbersome. It is more appropriated to machine a smooth surface on the plate with known geometry. For that, finer grid element models are necessary in the optimization procedure, and such amount of design variables not always converge to a solution. In fact, a model with 48x60 elements for the plate in study did not converge to a solution for the same target frequencies. The main contribution of this work is showing that an interpolation (linear or cubic) of the coarser grid shape optimization results leads to the solution of a finer grid optimization problem. In other words, it is possible to obtain the smooth surface geometry that optimizes natural frequencies in plates from coarser grid finite element models, thus not requiring fine grid models and high computational costs.

Analisa o comportamento tribológico do pneumático. Discute o coeficiente de atrito do pneu, a influência do pavimento e os avanços na modelagem. Apresenta uma metodologia para estimativa do desgaste de pneus pelo método dos elementos finitos. Usa o conceito de trabalho de abrasão. Considera nas condições de contorno do modelo de pneu o efeito do camber e do ângulo de deriva. Investiga a interação vibracional entre o pneu e a suspensão como causa de desgaste irregular. Utiliza modelagem de ônibus rodoviário por multicorpos com eixo flexível. Emprega técnica tempo-freqüência para análise do acoplamento modal entre pneu e suspensão. Propõe novos modelos para estudo do desgaste em pneus analisando-se um modelo completo de veículo pelo método dos elementos finitos. Sugere análises de sensibilidade considerando os parâmetros de regulagem da suspensão e condições operacionais dos componentes. Propõe análises estocásticas da especificação do pneu para otimização do sistema pneu-suspensão. / The tire tribological behavior is analyzed. The friction coefficient of rubbers is presented, and its inherent modeling difficulties regarding the operational condition dependence during measurements are discussed. The influence of the pavement roughness and the advances in friction modeling are presented. A predictive methodology to evaluate the tread wear using finite element method and the concept of frictional energy was used. Camber, lateral forces and slip angles are taken into account as boundary conditions for the tire simulations in steady state. The vibrational interaction between tire and suspension concerning irregular wear on front axle truck tires was investigated. A multibody bus model with flexible front axle was used for modal analysis purposes. A time-frequency methodology was applied to identify modal vibrations of the tire and suspension assemblage. A new simulation model for the tire wear was proposed intending to analyze the whole vehicle with under the finite element method. Sensitivity analysis of the vehicle suspension setup and operational conditions of components was suggested. Stochastic analysis of tire specification is recommended to optimize the tire-suspension system.

As pontes estaiadas são exemplos de estruturas esbeltas e flexíveis onde a capacidade de utilização dos materiais tem grande importância. Neste sentido, para garantir a melhor utilização dos materiais envolvidos (aço e concreto, por exemplo), é preciso determinar as forças de protensão aplicadas aos cabos. A melhor distribuição dos momentos fletores no tabuleiro de ponte é aquela obtida com uma viga contínua. Pontes estaiadas fornecem apoios elásticos ao tabuleiro. O presente trabalho emprega o método da anulação dos deslocamentos, MAD, para obter as forças axiais a que os cabos estarão submetidos de modo a aproximar o comportamento do tabuleiro ao de uma viga contínua. O método MAD. proporciona uma estrutura economicamente mais viável. O código computacional desenvolvido realiza análises estática e modal por meio do método dos elementos finitos, MEF. A análise estática utilizada é a não linear geométrica, considerando as não linearidades do efeito de catenária do cabo, e dos elementos submetidos à compressão. O material é assumido no campo do regime elástico linear. A ponte é modelada por elementos de treliça plana com módulo de elasticidade de Dischinger, para simular os cabos, e elementos de pórtico plano para os elementos do tabuleiro e da torre. O carregamento da estrutura considera a atuação apenas do peso-próprio dos elementos estruturais. O código computacional desenvolvido permite, também, a análise modal da estrutura a fim de determinar suas frequências naturais e modos de vibração. A análise modal pode ser realizada com a matriz de massa concentrada, ou consistente. Em relação à matriz de rigidez, a análise modal da estrutura pode utilizar a matriz de rigidez linear, para uma análise de vibrações livres, ou a matriz de rigidez tangente para as análises de vibração sob tensões iniciais. Exemplos encontrados na literatura são resolvidos com o código computacional desenvolvido para verificação e validação. / The cable-stayed bridges are examples of slender and flexible where the usability of the materials is very important structures. In this sense, to ensure the best use of the materials involved (steel and concrete, for example), one must determine the forces applied to the prestressing cables. A better distribution of the bending moments in the bridge deck is obtained with a continuous beam. Cable-stayed bridges provide elastic support to the deck. This work employs the zero displacement method, ZDM, to determine the axial forces that the cables will be subjected to in order to approximate the behavior of the deck to the one as a continuous beam. The ZDM method provides an economically viable structure. The computational code performs static and modal analysis, which are performed by using the finite element method, FEM. The static analysis is a nonlinear geometric analysis which considers the nonlinearities of the cable sag, and the compression effects on the elements. The material is assumed in the field of linear elastic regime. The bridge is modeled by elements of plane truss with Dischingers elasticity module, to simulate cables and plane frame elements for the deck and the tower elements. The structure is subjected to self-weight of the elements. The computer code developed also performs the modal analysis of the structure to determine their natural frequencies and mode shapes. The modal analysis can be carried out with the concentrated or consistent mass matrix. In relation to the stiffness matrix, modal analysis of the structure may use a linear stiffness matrix for analysis of free vibration analysis or the tangent stiffness matrix for the analysis of vibration under initial stress. Examples in the literature are solved with the computational code developed for verification and validation.

Orientador: João Antonio Pereira / Banca: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Banca: Edson Antonio Capello Sousa / Resumo: Em muitos problemas do nosso cotidiano ocorre acoplamento entre a resposta acústica no interior de uma cavidade e a excitação estrutural em um de seus contornos flexíveis, bem como a resposta estrutural nestes contornos também está relacionada à fonte acústica da cavidade. Interior de automóveis, cabine de caminhões e fuselagem de aviões são apenas alguns exemplos práticos destes tipos de sistemas. Acoplamento implica que o comportamento dos sistemas acústico e estrutural não são independentes um do outro, e ambos devem ser considerados como um único sistema global. O propósito deste trabalho é avaliar a técnica de matrizes compactas na solução de problema de acoplamento vibroacústico em cavidades de geometria regular e irregular. Preliminarmente, a análise do acoplamento vibro-acústico é baseado no método dos elementos finitos e o conjunto de equações não simétricas que modela o movimento é discutida. A aproximação vibro-acústica por matrizes compactas é feita utilizando conceitos de impedância e mobilidade. No modelo de matrizes compactas, o acoplamento é obtido através da avaliação dos modos acústicos e estruturais desacoplados da cavidade e da estrutura flexível, respectivamente. Simulações numéricas utilizando o método dos elementos finitos e a técnica de matrizes compactas são apresentadas para modelos vibro-acústicos de geometria regular e irregular. Testes experimentais são realizados em uma cavidade irregular feita de PVC e aço. A metodologia de análise dos resultados é baseada nas FRF(s) definidas pelas relações entre a resposta em pressão acústica da cavidade e a força estrutural e entre a resposta em velocidade e a força estrutural aplicada sobre a superfície flexível. A comparação dos modelos numéricos e experimentais mostra o potencial da técnica de matrizes compactas. / Abstract: In many systems of day-life occurs the coupling between the acoustical response in a cavity and a structural excitation on a flexible boundary, whereas the structural response in this same boundary is also related to acoustical excitation source. Car interiors, cabs of trucks and aircraft fuselage are a just a few practical examples of this sort of systems. Coupling implies that the acoustical and structural system behavior is not independent from each other, and therefore they must be considered as a global system behavior. The aim of this work is to evaluate a compact matrix formulation to solve vibro-acoustic problems in regular and irregular shape cavity. Preliminary, the vibro-acoustic coupling analysis is based on finite element method and the set of non-symmetric equation that represents the movement is discussed. The compact matrix formulation approaches have been done using impedance and mobility concepts. In compact matrix model, the coupling is obtained by evaluating the uncoupled acoustic modes and structural modes of the cavity and flexible structure, respectively. Numerical simulation using the finite element method and the compact matrix formulation are shown for regular and irregular shape cavity model. Experimental tests are evaluated in an irregular rigid cavity made of PVC and steel. The results analysis methodology is based on FRF(s) defined by the relationship between the pressure acoustic response in the cavity and structural force and between the velocity response and structural force applied on the flexible boundary. The comparison of numerical and experimental models shows the potential of the compact matrix formulation. / Mestre

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Muitas aplicações da engenharia envolvem estruturas essencialmente não-lineares onde várias técnicas têm sido recentemente estudadas e investigadas por muitos pesquisadores. Dentre as várias abordagems, as que usam séries de Volterra têm apresentado propriedades úteis para fornecer um melhor entendimento para identificação e análise. Neste contexto, a presente tese propõem novas contribuições em como usar as séries de Volterra para caracterização, identificação e análise dinâmica de sistemas não-lineares usando sinais de entrada e saída e sinais somente de saída. Inicialmente, apresenta-se uma metodologia para análise de sistemas mecânicos não-lineares através das funções de resposta em frequência de alta-ordem (HOFRFs) e o conceito de HOFRFs estendidas com dados apenas de saída é introduzido e descrito em detalhes. Após isso, uma abordagem para identificação de sistemas não-lineares com base nas séries de Volterra através da expansão na base ortonormal de Kautz é proposta. Essa técnica permite identificar os seus núcleos mais facilmente e permite separar as contribuições dos termos lineares e não-lineares usando somente sinais de saída. Além disso, uma metodologia para análise modal de sistemas fracamente não-lineares sujeito a excitações com vários níveis de amplitude é também apresentada. A contribuição desse novo método reside no fato de que as HOFRFs são simplesmente estimadas como função das FRFs lineares. Basicamente, essa metodologia estende o conceito ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Most recent engineering applications involve structures essentially nonlinear where several techniques have been recently studied and investigated by many researchers. Among them, the methods based on Volterra series expansion have presented powerful properties to provide a better understanding for identification and analysis. In this context, the present thesis proposes new contributions in how to use Volterra series for characterization, identification and dynamical analysis of nonlinear systems based on input and output signals and output-only signals. Initially, a methodology for analysis of nonlinear mechanical systems through higher-order frequency response functions (HOFRFs) is presented and the concept of extended HOFRFs based on output-only is introduced and described in detail. Afterwards, an approach for identification of nonlinear systems based on Volterra series through the expansion onto orthonormal Kautz basis is proposed. This technique allows to identify the Volterra kernels easily and enable to split the contribution of the linear and nonlinear terms using input-output as well as output-only signals. Furthermore, a methodology for modal analysis of weakly nonlinear systems under multilevel excitation is also proposed. The contribution of this new approach lies in the fact that HOFRFs are simply computed as functions of the linear FRFs. Basically, it extends the conventional experimental modal analysis methods in order to characterize and treat no... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Analisa o comportamento tribológico do pneumático. Discute o coeficiente de atrito do pneu, a influência do pavimento e os avanços na modelagem. Apresenta uma metodologia para estimativa do desgaste de pneus pelo método dos elementos finitos. Usa o conceito de trabalho de abrasão. Considera nas condições de contorno do modelo de pneu o efeito do camber e do ângulo de deriva. Investiga a interação vibracional entre o pneu e a suspensão como causa de desgaste irregular. Utiliza modelagem de ônibus rodoviário por multicorpos com eixo flexível. Emprega técnica tempo-freqüência para análise do acoplamento modal entre pneu e suspensão. Propõe novos modelos para estudo do desgaste em pneus analisando-se um modelo completo de veículo pelo método dos elementos finitos. Sugere análises de sensibilidade considerando os parâmetros de regulagem da suspensão e condições operacionais dos componentes. Propõe análises estocásticas da especificação do pneu para otimização do sistema pneu-suspensão. / The tire tribological behavior is analyzed. The friction coefficient of rubbers is presented, and its inherent modeling difficulties regarding the operational condition dependence during measurements are discussed. The influence of the pavement roughness and the advances in friction modeling are presented. A predictive methodology to evaluate the tread wear using finite element method and the concept of frictional energy was used. Camber, lateral forces and slip angles are taken into account as boundary conditions for the tire simulations in steady state. The vibrational interaction between tire and suspension concerning irregular wear on front axle truck tires was investigated. A multibody bus model with flexible front axle was used for modal analysis purposes. A time-frequency methodology was applied to identify modal vibrations of the tire and suspension assemblage. A new simulation model for the tire wear was proposed intending to analyze the whole vehicle with under the finite element method. Sensitivity analysis of the vehicle suspension setup and operational conditions of components was suggested. Stochastic analysis of tire specification is recommended to optimize the tire-suspension system.

O objetivo deste t rabalho é mostrar a eficácia entre as estratégias de controle: sistema de massa ativa regulada (ATMD); tendão; isolamento da base e sistema híb1'ido. A matriz ponderada Q usada no sistema de ATMD é determinada através do método da matriz de amortecimento modificado C e matriz de rigidez modificada K. Para a estrutura modelada com controle híbrido, um algorítmo de controle ótimo com aceleração, velocidade e deslocamento realimentados é proposto. Na estrutura modelada com controle a-Livo por tendão, um algorítmo para calcular o ganho de realimentação ótimo da saída é desenvolvido de um modo simples tal que certo índice de realização prescrito é minimizado. Com a introdução de uma operação matricial especial. o ganho de realimentação ótimo é obtido sistematicamente pela resoluçã.o simultânea e iterativa de equações algébricas lineares. Uma vez conhecido o vetor de controle. é resolvido um problema. diferencial vetorial de valor inicial do tipo.T\a seqüência foram feitas simulações numéricas usando dois tipos de parâmetros estruturais uma estrutura rígida e outra mais flexível. / The purpose of this work is to show the effectiveness of control strategies among the aclive t uned mass damper ATMD system, Active Tendon systern, base-isolation system and hybrid control system. The weighting matrix Q used in the ATMD is determined through a method t hat modifies the damping matrix Õ and the stiffness matrix F;. For the hybrid control system, an optimal-con trol algorithm ·with acceleration: velocity and displacement feedback is proposed. For the active Tendon control system, an algorithm to calculate optimal direct output feedback gai n is developed in a simple fashion such that a certain prescribed performance index is minimized. With the int roduction of a special matrix operation. optimal feedback gain is obtained systematically by solving simultaneously linear algebraic equation iteratively. In the following, numerical somula.tions for two types of structural pa.ra.meters are prcscnted (one is a st iff structure and t he other is a soft structure).

Este trabalho de pesquisa apresenta como objetivo principal o desenvolvimento de investigação experimental dinâmica sobre estrutura real de uma passarela tubular mista aço-concreto. O sistema estrutural objeto deste trabalho corresponde a uma passarela composta por três vãos (32,5m, 17,5m e 20,0m, respectivamente) e dois balanços (7,50m e 5,0m, respectivamente), com comprimento total de 82,5m. A passarela com estrutura contínua de aço com as ligações soldadas se apoia em quatro pórticos também de aço. Estruturalmente está constituída por duas treliças planas que se interligam através de contraventamentos horizontais fixados na corda superior e inferior da treliça e lajes de concreto, formando um sistema misto com interação completa. A estrutura está submetida correntemente à travessia de pedestres e ciclistas. Testes experimentais foram realizados sobre o sistema estrutural e confrontados com resultados numéricos. Para a modelagem numérica do sistema são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Os resultados experimentais são analisados de acordo com a metodologia desenvolvida, sendo realizada análise modal experimental para a determinação das propriedades dinâmicas: freqüências, modos e taxa de amortecimento, enquanto que os resultados da estrutura, em termos de aceleração de pico, são comparados com os valores limites propostos por diversos autores, normas e recomendações de projeto, para uma avaliação do desempenho da estrutura em relação a vibração quando solicitada pelo caminhar dos pedestres no que diz respeito a critério para conforto humano. / This research has as main objective the development of a dynamical experimental investigation of a real structure a tubular composite steel-concrete footbridge. The structural system of this study corresponds to a footbridge composed by three spans (32,5m, 17,5m and 20,0m, respectively) and two overhangs (7,50m and 5,0m, respectively), spanning 82,5m. The investigated structural model is composed by a continuous tubular steel structure with welded connections supported by four double file steel columns. It is structurally composed of two plane trusses are intertwined by horizontal bracing set in upper and lower chord of the truss and slabs of concrete, forming effective composite with complete interaction. This structure is currently submitted to pedestrians and cyclists crossing. Experimental tests were carried out on the structural system and with the numerical results. For the numerical modeling, discretization techniques via finite element method were applied, based on the ANSYS program. The experimental results were analyzed according to the developed methodology, and a modal analysis was implemented to determine the dynamical properties: frequencies, mode shapes and modal damping ratio, while the structure results in terms of peak acceleration, was obtained and compared to the limit values proposed by several authors and design recommendations, for the structure performance by pedestrian walking regarding the acceptance criteria for human comfort.