Nessa dissertação, é investigado o armazenamento e a recuperação de padrões de forma biologicamente inspirada no cérebro. Os modelos estudados consistiram de redes neurais realimentadas, que tentam modelar certos aspectos dinâmicos do funcionamento do cérebro. Em particular, atenção especial foi dada às Redes Neurais Celulares, que constituem uma versão localmente acoplada do já clássico modelo de Hopfield. Além da análise de estabilidade das redes consideradas, foi realizado um teste com o intuito de avaliar o desempenho de diversos métodos de construção de memórias endereçáveis por conteúdo (memórias associativas) em Redes Neurais Celulares. / In this dissertation we investigate biologically inspired models of pattern storage and retrieval, by means of feedback neural networks. These networks try to model some of the dynamical aspects of brain functioning. The study concentrated in Cellular Neural Networks, a local coupled version of the classical Hopfield model. The research comprised stability analysis of the referred networks, as well as performance tests of various methods for content-addressable (associative) memory design in Cellular Neural Networks.

O trabalho trata da formulação e análise da resposta numérica de um modelo de danificação e plastificação localizadas em zonas previamente definidas ao longo de elementos estruturais de barra, estendendo-se os conceitos dos modelos clássicos de plasticidade concentrada. Inicialmente é feita uma breve revisão bibliográfica sobre modelos de dano e plasticidade, destacando-se alguns que contém propostas voltadas para a simplificação de suas formulações ou então da etapa de implementação numérica adotando-se, neste caso, a técnica de discretização em estratos dos elementos de barra. Em seguida, já no âmbito dos modelos ditos simplificados e estendendo-se a formulação de um modelo para estruturas de barras proposto na bibliografia, deduz-se a matriz de rigidez para o caso de barra em regime elástico com dano. Na dedução, considera-se que os processos de danificação, associados à flexão e restritos às extremidades do elemento de viga, são dependentes entre si e afetam diretamente os coeficientes de transmissão de esforços ao longo do elemento. Nesta etapa, através de dois exemplos numéricos, avalia-se a resposta do modelo quando implementado em um programa de elementos finitos. Apresenta-se, na seqüência, um estudo sobre a viabilidade da aplicação do modelo estudado às estruturas em concreto armado, incluindo-se casos em que a distribuição da armadura longitudinal é assimétrica. Como resultado desse estudo, sugere-se uma modificação da função critério de danificação, originalmente empregada, para melhor representar o processo de dissipação de energia relacionada à danificação. A partir dos confrontos entre respostas experimentais de vigas e pórtico em concreto armado e resultados numéricos, conclui-se pelo bom desempenho do modelo modificado. Finalmente, reúnem-se sugestões para a continuidade dos estudos. / This work is related to formulation and numerical analysis of a damage and plasticity model which considers such effects localised on zones previously defined along the structural beam elements, extending the concepts of the classics lumped plasticity models. First of all, a brief bibliography revision on damage and plasticity based models is given, enlightening the ones which propose some kind of simplification at the level of the formulation or only at the stage of the numerical implementation, for instance using a layered technique in a beam element discretization. Afterwards, on the field of the so called simplified models, a stiffness matrix of an elastic damage beam element is deduced, extending the formulation of a framed structures model proposed in the bibliography. The main characteristic of the new element is that the damage processes is localized on hinges at the extremities of the beam element, being the associated damage variables dependent on each other and reducing progressively the transmission efforts factor along the element. Two basic numerical examples show the performance of the model when implemented in a finite element code. Next, a study on the feasibility of the model to analyse reinforced concrete structures is presented. In order to enlarge the application field, cases where longitudinal reinforcement is asymmetrically distributed in the cross section are also considered. As a result of the study, a change in the damage criteria function originally used is suggested, aiming to improve the valuation of the dissipated energy related to the damage process. The response of the modified resulting model is valuated by a confront between experimental and numerical results of beams and frame reinforced concrete structures. The results show a very good performance of the modified model. Finally, some topics for further research on the theme explored in this work are suggested.

O objetivo deste trabalho é aplicar uma formulação viscoelástica bidimensional sob não linearidade geométrica para estado plano de deformação baseada em grandezas energicamente conjugadas a partir do gradiente da transformação e do primeiro tensor das tensões de Piola- Kirchhoff. Esta formulação viscoelástica é composta pela equação constitutiva hiperelástica de Kircchoff- Saint Venant e a função de fluência do modelo viscoelástico de Kelvin-Voigt. A formulação é aplicada em análises numéricas com método dos elementos finitos. Para tal aplicação, foi proposto o uso de elementos triangulares T6 que não apresentaram o fenômeno de travamento e são adequados para a utilização em malhas não estruturadas. Esta implementação foi aplicada para prever deslocamentos no concreto projetado de túneis. / The objective of this work is to apply a geometrically nonlinear two-dimensional viscoelastic formulation for plane strain where deformation gradient is energetically conjugated with first Piola-Kircchoff stress tensor. This formulation is from constitutive equation St. Venant Kirchhoff and creep compliance Kelvin-Voigt rheological model. This is applied in numerical analysis with finite element method. Use of triangular elements was proposed. Locking is not observed in numerical examples and this kind of element is appropriate for use in unstructured mesh. Displacement prediction of shotcrete support in a tunnel was made with this formulation and excellent results were found.

A evolução das pontes estaiadas modernas mostra a procura da engenharia de pontes por sistemas estruturais cada vez mais leves e esbeltos. No intuito de dar contexto ao problema de análise de estruturas esbeltas, de maneira geral e desde a perspectiva da concepção, se discutem os vários arranjos estruturais que podem se obter ao combinar o pilão, o sistema de suspensão por estais e o tabuleiro, elementos que compõem qualquer sistema estrutural de ponte estaiada. Este trabalho apresenta um método de análise estrutural estático não linear que considera os efeitos decorrentes da mudança da geometria da estrutura sob carregamentos (não linearidade geométrica) e os efeitos da resposta não linear da seção de concreto estrutural quando solicitada por flexão oblíqua composta (comportamento não linear do material). O programa ANLST foi elaborado para obter as relações momento-normal-curvatura e as rigidezes secantes na flexão oblíqua composta para uma seção de concreto de geometria arbitraria, esses resultados são integrados com uma análise elástica de segunda ordem, que é executada no programa SAP2000 para análise estrutural por elementos finitos. Mostra-se a formulação do método de análise elástica de segunda ordem pelo princípio dos deslocamentos virtuais, que leva em consideração os efeitos dos deslocamentos finitos dos nós do modelo para a resposta da estrutura, por meio da matriz de rigidez geométrica do elemento barra no espaço. Finalmente são apresentados dois exemplos de estruturas planas para validar o método e um exemplo de uma estrutura espacial para a aplicação do método. Todos esses exemplos mostram que os esforços e deslocamentos de segunda ordem, em este tipo de estruturas, não podem ser desprezados. / Modern cable stayed bridges evolution shows the bridge engineering searching for lightweight and slender structural systems. Trying to give context for the problem of analysis of slender structures, of a general mode and from the conception perspective, is discussed the several structural layouts that can be obtained from the combination of pylon, cable stayed suspension system and girder, elements that compose any structural system of cable stayed bridges. This work presents a method of non-linear static structural analysis that consider the resulting effects of geometry change under loading (geometric non linearity), and the effects of nonlinear response of the structural concrete section when it is loading for biaxial bending and axial force interaction (material non linearity). The ANLST program was developed to obtain the moment-axial-curvature relationships and the secant stiffness for biaxial bending and axial force interaction for a concrete section of arbitrary geometry. These results are integrated with the second order elastic static analysis, which is executed in the finite element program SAP2000 for structural analysis. A formulation of method for second order elastic analysis is shown by the virtual displacement principle, which leads in consideration the effects of finite displacement of the model\'s nodes for the structural behavior, by means of geometric stiffness matrix for space frame element. Finally are shown two examples of plane structures for the validation of the method and one example of space structure for the application of the method. All of these examples showed that second order forces and displacements can\'t be despised in this type of structures.

O objetivo deste trabalho foi avaliar vozes saudáveis e com alterações patológicas aplicando análise de Padrões Visuais de Dinâmica Vocal (PVDV) em conjunto com análise acústica e análise perceptivo-auditiva. Foram avaliadas 91 vozes da vogal sustentada /a/ do português do Brasil, de sujeitos de ambos os gêneros com idades entre 21 e 88 anos. As vozes foram gravadas com taxa de amostragem de 22.050 Hz, 16 bits, mono canal e formato WAV. Foram obtidos valores de jitter, shimmer e freqüência fundamental. Para análise perceptivo-auditiva foram avaliadas rugosidade, soprosidade, tensão e instabilidade. Para descrever a dinâmica dos sinais de voz dos PVDV foi utilizada a técnica de reconstrução de espaço de fase e foram analisados qualitativamente os parâmetros de loops, regularidade e convergência de traçados. Foram aplicados testes estatísticos paramétricos e não paramétricos. Os resultados demonstram que jitter apresenta uma correlação negativa com loop, regularidade e convergência dos traçados; e que shimmer tem correlação negativa com convergência e loops. As características de rugosidade e soprosidade estão correlacionadas negativamente com os três parâmetros dinâmicos. A análise qualitativa dos PVDV é uma técnica promissora, por considerar os componentes caótico e determinístico da voz. É sugerido que não substitui as técnicas existentes, embora possa aperfeiçoar e complementar os métodos usados por profissionais fonoaudiólogos e otorrinolaringologistas. / The aim of this research was to analyze healthy and pathologic voices using Vocal Dynamic Visual Patterns (VDVP) in combination with acoustical and perceptual analysis. Ninety one voice signals of sustained vowel /a/ from Brazilian Portuguese, from male and female patients, were analyzed using acoustical analysis, perceptual analysis and Vocal Dynamic Visual Patterns (VDVP) analysis. All voice samples were quantized in amplitude with 16 bits and recorded in mono-channel WAV format. The sampling frequency was 22050 Hz. Acoustical values for jitter, shimmer and fundamental frequency were obtained. Roughness, breathiness, strain and irregularity were analyzed for perceptual analysis. Phase space reconstruction technique was performed in order to describe the voice signal nonlinear characteristics by Vocal Dynamic Visual Patterns. Results showed negative correlation for jitter and the 3 dynamic parameters, as well as, for shimmer with convergence and loops. Roughness and breathiness were negative correlated with dynamical parameters. Vocal Dynamic Visual Pattern analysis is a promising technique for voice evaluation; including voice chaotic and deterministic components. It is suggested that visual pattern analysis do not replace the existing voice analysis techniques, although it complements and improves the voice evaluation methods available for speech therapist and laryngologists.

Este trabalho apresenta uma formulação tensorial genérica para parametrização das rotações do tipo vetorial destinada ao estudo de grandes rotações no espaço tridimensional. Esta formulação é compatível com as parametrizações de Euler e de Rodrigues. É dada ênfase aos que aqui se denominou parâmetros generalizados de Rodrigues, que fornecem expressões simples, computacionalmente mais eficientes que a parametrização clássica de Euler. A formulação apresentada é adequada para uso em métodos numéricos baseados nas projeções de Galerkin, como o método dos elementos finitos, podendo ser implementada com facilidade em programas já existentes de elementos finitos. Apresentam-se aqui expressões para o tensor das rotações e suas derivadas, bem como os tensores necessários à análise incremental. As formas fracas são construídas tanto com projeção ortogonal como não-ortogonal, correspondentes à aplicação do Teorema dos Trabalhos Virtuais e Teorema das Potências Virtuais, respectivamente. Os modelos propostos foram aplicados em um programa de elementos finitos utilizando formulações cinemáticas Lagrangiana total e Lagrangiana atualizada e foram resolvidos vários exemplos, dentre eles alguns clássicos da literatura, de forma a avaliar sua validade e aplicação. / This work presents a generic formulation of vector-type for the parameterization of large rotations in three-dimensional space. This formulation adapts to the Euler and the Rodrigues parameterization. Special distinction is made to the here named generalized Rodrigues parameters which result in very simple and computationally efficient expressions. The attained formulation is convenient for numerical procedures employing Galerkin projection like the finite element method and can be readily implemented in a FE code. The expressions of rotation tensor and its derivatives, which lead to a consistent linearization, are herein derived. The necessary tensor quantities employed in the derivation of the tangent bilinear weak form of incremental analysis are obtained too. The weak forms are constructed here with both orthogonal and non-orthogonal projections, corresponding to the application of the virtual work theorem or virtual power theorem respectively. The formulation is implemented within a finite element code in total Lagrangian and updated Lagrangian framework and assessment of the scheme is made by means of several numerical simulations.

O presente trabalho tem por finalidade estudar e implementar um modelo numérico de análises cinemáticas de sólidos tridimensionais via método dos elementos finitos posicionais, com consideração de fibras longas ou curtas inseridas de maneira aleatória ou não no domínio da análise. O modelo numérico considera material isotrópico para a matriz e não linearidade geométrica. O domínio do sólido é discretizado por meio de elementos finitos tetraédricos de ordem qualquer, cujos parâmetros nodais são suas posições. A medida de deformação utilizada é a de Green, associada à lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff, referenciada pela configuração inicial do corpo, caracterizando o sistema de espaço como Lagrangiano total. O cálculo da posição de equilíbrio é baseado no princípio da mínima energia potencial total. Para a resolução do problema não linear geométrico, adota-se o método iterativo de Newton-Raphson. A inserção das fibras no domínio da análise é feita com a associação das mesmas com elementos finitos unidimensionais curvos de ordem qualquer, cujas posições nodais são dadas em função das posições dos nós dos elementos de sólido. Essa abordagem tem como vantagem o fato de não aumentar o número de graus de liberdade do sistema, ao mesmo tempo em que não limita as posições das fibras dentro do domínio por não ser necessária a coincidência das malhas. Exemplos são apresentados para validação dos desenvolvimentos e implementações realizadas. / This study aims to develop and implement a numerical model of kinematic enrichment, to analyze tridimensional solids based on positional finite element method, considering long and short fibers random distributed inside the domain. The numerical model considers isotropic material and geometric nonlinear behavior for both matrix and fibers. Tetrahedral finite elements with any order of approximation are used to discretize the solid domain, with positions as nodal parameters. Green strain and Saint-Venant-Kirchhoff constitutive law are used, referenced in initial configuration of the body, characterizing the developed formulation as total Lagrangian. The equilibrium is obtained with the application of Total Potential Energy Principle, adopting the Newton-Raphson method to solve the resulting nonlinear system of equations. The fibers are considered in the formulation using curved one-dimensional finite elements with any order of approximation, and the nodal positions of the fibers are related with the nodal positions of the solid elements. The coupling method adopted does not increase the number of degrees of freedom of the system, and does not limit the positions of the fiber nodes to be coincident with solid nodes. Examples are presented in order to validate the developed and implemented formulations.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-22T20:32:01Z No. of bitstreams: 2 Lara Rodrigues.pdf: 17878503 bytes, checksum: a51778a9fbf6a31b2a71fe0c9c462105 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-09-23T15:24:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Lara Rodrigues.pdf: 17878503 bytes, checksum: a51778a9fbf6a31b2a71fe0c9c462105 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-23T15:24:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Lara Rodrigues.pdf: 17878503 bytes, checksum: a51778a9fbf6a31b2a71fe0c9c462105 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this work is to investigate the interaction and modal coupling phenomena on the nonlinear vibrations of simply supported cylindrical shell subject to both harmonic axial and lateral loads. The equations of motion of the cylindrical shell are deduced from their energy functionals and the strain field is based on the nonlinear Donnell shallow shell theory. Finally, the problem is reduced to a system of nonlinear ordinary differential equations by the application of the standard Galerkin method. The modal expansion that describes the transverse displacement of the shell is obtained by applying perturbation techniques, which identifies the importance of each term in the modal expansion by the power of the perturbation parameter. The Karhunen-Loève method is applied in order to verify the importance of each term in the modal expansion, quantifying the contribution of each of these terms in the total energy of the system. The starting solution used in the perturbation procedure contains two modes of vibration with the same natural frequency and their respective companion modes, yielding a modal expansion able to describe the modal interaction between these two modes. Then, the influence of modal interaction on the nonlinear behavior of the cylindrical shell, subjected to both lateral and axial harmonic load is studied. From the analysis of the resonance curves, the parametric instability and escape boundaries, the bifurcation diagrams, the basins of attraction and phase portraits of the cylindrical shell is possible to identify situations in which the consideration of modal interaction is necessary. / Neste trabalho estudam-se as vibrações não lineares de cascas cilíndricas simplesmente apoiadas sujeitas a um carregamento lateral e a um carregamento axial, ambos harmônicos, com o objetivo de se analisar fenômenos como o acoplamento e a interação modal. As equações de movimento da casca cilíndrica são deduzidas a partir de seus funcionais de energia. O campo de deformações da casca cilíndrica é descrito com base na teoria não linear de Donnell para cascas esbeltas e o problema é reduzido a um sistema de equações diferenciais ordinárias não lineares a partir da aplicação do método de Galerkin. As expansões modais que descrevem o campo de deslocamento transversal da casca são obtidas através da aplicação do método da perturbação, que identifica a importância de cada termo da expansão modal a partir da potência do parâmetro de perturbação. O método de Karhunen-Loève é aplicado a fim de se verificar a importância de cada termo da expansão modal, quantificando a participação de cada um desses termos na energia total do sistema. Utilizam-se, como solução inicial do método da perturbação, dois modos de vibração com frequência natural igual e com seus respectivos companion modes, obtendo-se uma expansão modal capaz de descrever a interação modal entre esses dois modos. Em seguida, analisa-se a influência da interação modal no comportamento não linear da casca cilíndrica submetidas a cargas laterais e axiais harmônicas. A partir da análise das curvas de ressonância, das fronteiras de instabilidade paramétrica, dos diagramas de bifurcação, das bacias de atração e dos planosfase da casca cilíndrica é possível identificar em quais situações de carregamento a consideração da interação modal se faz necessária.

Este trabalho apresenta uma contribuição ao emprego do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) na análise tridimensional não-linear de sólidos. A análise numérica em campo não-linear, com modelos de dano e plasticidade, é original. O MEFG é uma formulação não-convencional do Método dos Elementos Finitos (MEF), que resulta da incorporação a este último de conceitos e técnicas dos denominados métodos sem malha, especialmente o enriquecimento da aproximação inicial (partição de unidade) por funções convenientes. Apresenta-se uma breve revisão bibliográfica dos métodos sem malha e do método dos elementos finitos generalizados, bem como suas principais características. Apresenta-se, com base no MEFG, a formulação de elementos tetraédricos e hexaédricos. Três modelos constitutivos são considerados visando análises não-lineares: o de plasticidade (perfeita ou com encruamento isótropo linear) com critério de plastificação de von Mises; o de dano frágil em concreto sob carregamento monótono crescente (modelo de Mazars) e o de dano e plasticidade acoplados (modelo de Lemaitre), próprio para materiais metálicos. São apresentados detalhes do código computacional, baseado no MEFG e nos modelos constitutivos acima mencionados, bem como resultados de análises numéricas. Esses resultados ressaltam algumas das vantagens do MEFG aplicado à análise não-linear, tais como: o enriquecimento da aproximação inicial limitado a regiões de interesse no domínio, como por exemplo, as que exibem elevados gradientes de deformação e tensão; uma definição mais precisa da distribuição de grandezas como a variável de dano e a tensão equivalente de von Mises, evitando a necessidade de alterações na malha; e a superação do travamento volumétrico associado a modelos de plasticidade / This work presents a contribution to the generalized finite element method (GFEM) employment in three-dimensional nonlinear analysis of solids. The nonlinear numerical analysis conduced with damage and plasticity models is original. GFEM is a nonconventional formulation of finite element method (FEM) which results from the addition to the latter of concepts and techniques of the so called Meshless methods, specially the enrichment of the initial approximations (partition of unity) by customized functions. A brief review of Meshless methods and generalized finite element method bibliography is presented, as well as their main features. Based on GFEM, the formulation of tetrahedral and hexahedral elements is shown. Three material laws are considered aiming nonlinear analysis: plasticity (perfectly plastic or linear isotropic hardening), with von Mises yield criterion; brittle damage on concrete under monotonic increasing loading (Mazars model) and damage coupled with plasticity (Lemaitre model), a suitable model for metals. Details of the computational code, based on GFEM and material laws mentioned above, are presented, as well as results of numerical analysis. These results emphasize some of the advantages of GFEM applied to nonlinear analysis, such as: enrichment of the basic approximations limited to some regions of interest in the domain, for instance, those exhibiting high strain and stress gradients; an accurated definition of the distributions of quantities like damage variable and von Mises equivalent stress, avoiding remeshing; and overcoming of volumetric locking associated to plasticity models

Enfrentar situações de falha é o principal desafio do engenheiro estrutural. Parece paradoxal, mas a fim de obter um projeto bem sucedido, o engenheiro estrutural deve estudar e examinar todos os possíveis modos de falha de uma estrutura. Na otimização estrutural não é diferente. Assim, na otimização estrutural deve-se considerar os custos esperados de falha. No projeto de engenharia estrutural, economia e segurança são aparentemente objetivos conflitantes. No entanto, quando custos esperados de falha são considerados, nota-se que investimentos em segurança são necessários a fim de não arcar com os custos esperados de falha. O ponto ideal de compromisso pode ser encontrado por uma otimização de risco, onde a função objetivo inclui todos os custos ao longo do ciclo de vida da estrutura: construção, operação, manutenção inspeção, descarte e as consequências de falha esperadas. Este último é um remanescente que não pode ser desconsiderado dos modos de falha contra os quais a estrutura precisa ser projetada. Esta dissertação aborda a otimização de sistemas estruturais simples, considerando o equilíbrio entre modos de falha concorrentes, tais como escoamento (esmagamento), flambagem e snap-through. O estudo mostra como os diferentes modos de falha, associados a diferentes custos de falha, levam a diferentes projetos ótimos. Uma estrutura de treliça plana é estudada como exemplo de aplicação. A forma (posições nodais) e tamanho dos elementos são consideradas como variáveis de projeto. Resultados mostram que projetos ótimos suficientemente diferentes são obtidos quando o equilíbrio entre modos de falha concorrentes é alterado. / Defying failure is the primary challenge of the structural engineer. It sounds paradoxical, but in order to achieve a successful design, the structural engineer must think about and account for all possible failure modes of a structure. This is not different in structural optimization. Hence, in structural optimization one has to consider the expected costs of failure. In structural engineering design, economy and safety are apparently conflicting goals. However, when expected costs of failure are considered, one notes that investments in safety are necessary in order not to pay for the expected costs of failure. The optimum point of compromise can be found by a risk optimization, where the objective function includes all costs over the life-cycle of the structure: construction, operation, inspection maintenance, disposal, and the expected consequences of failure. The latter are an undeletable remainder of the failure modes that the structure needs to be designed against. This paper addresses the optimization of simple structural systems, considering the balance between competing failure modes such as yielding (squashing), buckling and snap-through. The study shows how different failure modes, associated to different costs of failure, lead to different optimal designs. A plane truss structure is studied as application example. The shape (nodal positions) and member size are considered as design variables. Results show that quite different optimal designs are obtained when the balance between competing failure modes is changed.