Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Estrutural, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Rogério Martins

A atividade bovina do Brasil é uma das maiores do mundo, devido principalmente, ao uso predominante de pastagens tropicais na dieta do gado, porém, o alto custo dos insumos, com destaque para a adubação nitrogenada, dificulta a obtenção de altas produções de forragens. Por esta razão, a utilização de novas tecnologias que permitam melhorar o manejo e aumentar o rendimento de culturas como o capim \'Mombaça\', por meio do uso racional dos fatores de produção, é de alta relevância. O objetivo deste estudo foi avaliar o uso de dados hiperespectrais para a discriminação de diferentes tratamentos de adubação nitrogenada, e comparar diferentes métodos para obter valores de concentração de clorofila a partir de assinaturas espectrais de capim \'Mombaça\'. Foram estabelecidos quatro tratamentos de com doses diferentes de adubação nitrogenada. Foi medida a reflectância espectral de folhas coletadas em cada tratamento por meio de um sensor hiperespectral em laboratório além de medições de clorofila das folhas. Foi encontrado que as assinaturas espectrais de cada tratamento tiveram comportamentos diferentes, principalmente nas regiões do verde e do red-edge, sendo que tais diferenças dependeram da quantidade de adubo nitrogenado aplicado e do teor de clorofila foliar. A separação dos tratamentos foi possível mediante o uso de análise linear discriminante, baseando-se nos dados de reflectância espectral obtidos em cada tratamento. A obtenção de valores de concentração de clorofila da folha por meio de reflectância espectral foi possível por meio de técnicas de machine learning, destacando-se o support vector machine, como a melhor alternativa. As regiões do red-edge e do verde foram as mais influentes para realizar o cálculo dos valores de concentração de clorofila na folha. / Brazil\'s cattle production is one of the largest in the world, due mainly, to the predominant use of tropical pastures in the cattle diet. However, the high cost of inputs, especially nitrogen fertilizer, makes it difficult to obtain high forage production, for this reason, the use of new technologies to improve the management and to boost the yield of crops such as Mombaça grass, through the rational use of resources, is of high relevance. The aim of this study was to evaluate the use of hyperspectral data to discriminate different treatments of nitrogen fertilization, and to compare different methods to obtain chlorophyll values of chlorophyll concentration based on spectral signatures of \'Mombaça\' grass. Four treatments were established with different doses of nitrogen fertilization. The spectral reflectance of leaves collected in each treatment was measured with a hyperspectral sensor, and leaf chlorophyll measurements were performed, both, on laboratory conditions. It was found that the spectral signatures of each treatments had different behaviors, mainly in the green and red-edge regions, and such differences depended on the amount of nitrogen fertilizer applied and the chlorophyll content of the leaf. The separation of the treatments was possible through the use of linear discriminant analysis, based on the spectral reflectance data obtained in each treatment. Retrieve chlorophyll concentration values from the leaf spectral reflectance was possible by the use of machine learning techniques, highlighting the support vector machine as the best alternative. The red-edge and green regions were the most influential in calculating the values of leaf chlorophyll concentration.

Orientador: Jefferson Sidney Camacho / Resumo: Este trabalho tem como objetivo principal analisar o comportamento linear estático e dinâmico de placas, com carregamento perpendicular ao seu plano médio, realizando a discretização estrutural com o elemento finito prismático regular linear. Na dedução das matrizes de rigidez e de massas do elemento finito em questão, utiliza-se a formulação com parâmetros generalizados e com coordenadas homogêneas, cujas funções aproximadoras com vinte e quatro monômios, respectivamente, foram extraídos do polinômio algébrico cúbico em “x”, “y” e “z”. Para a consideração do amortecimento utiliza-se o Método de Rayleigh e para a integração numérica ao longo do tempo utiliza-se o Método de Newmark, via algoritmo previsor / corretor. Ao final deste trabalho foram elaborados exemplos elucidativos visando uma análise quantitativa e qualitativa dos resultados obtidos, que foram comparados com os valores determinados do elemento finito de placa retangular. Como conclusões finais, para placas muito delgadas deve-se utilizar o elemento finito de placa retangular; em placas delgadas é possível a utilização dos elementos finitos de placa retangular e o prismático regular linear; e para placas espessas deve-se utilizar o elemento finito prismático regular linear. / Abstract: The main objective of this work is to analyze the static and dynamic linear behavior of plates with perpendicular loading to its mean plane, performing the structural discretization with the regular linear prismatic finite element. In the deduction of the stiffness and mass matrices of the finite element, it is used the formulation with generalized parameters and with homogeneous coordinates, whose approximate functions with twenty-four monomials, respectively, were extracted from the cubic algebraic polynomial in x, "y" and "z". For the damping consideration, it is used the Rayleigh Method and for the numerical integration by along the time it is used the Newmark Method, via forecaster / corrector algorithm. At the end of this work, elucidative examples were elaborated aiming a quantitative and qualitative analysis of the obtained results which were compared with the finite element determined values of rectangular plate. As final conclusions, for very thin plates must use the rectangular plate finite element; in thin plates it is possible to use the rectangular plate finite elements and the linear regular prismatic; and for thick plates the linear regular prismatic finite element must be used. / Mestre

Para o projeto de estruturas com perfis de aço formados a frio, é fundamental a compreensão dos fenômenos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez à torção. A determinação do carregamento crítico e a identificação do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia três metodologias para a análise linear de estabilidade de perfis de aço formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de seção U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condições de vinculação e carregamento. Determinam-se os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) análise com o Método das Faixas Finitas (MFF), através do uso do programa computacional CUFSM; (ii) análise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) análise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restrições e ressalvas com relação ao uso do MFF são apresentadas, assim como limitações da Teoria Generalizada de Viga e precauções a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se também a influência do grau de discretização da seção transversal. No entanto, não é feita avaliação em relação aos procedimentos normativos e tampouco análises não lineares, considerando as imperfeições geométricas iniciais, tensões residuais e o comportamento elastoplástico do material. / For the design of cold formed steel members, it is essential to understand the effects of local and global instability, since these members typically have a high slenderness and low torsion stiffness. The determination of critical loads and the associated buckling modes contribute to understand the behavior of these members. This work performs a evaluation of three methods for linear stability analysis of isolated cold-formed steel members in order to determine the elastic critical loads and the corresponding buckling modes. Specifically, Ue and Ze shape members were studied with various length, different boundary conditions and loads. The elastic critical loads and buckling modes are determined by means of: (i) analysis with the Finite Strip Method (FSM), by the computer program CUFSM, (ii) beam finite element analysis based on the Generalized Beam Theory (FEM-GBT), by GBTUL program, and (iii) Finite Element Method with shell analysis using ABAQUS program. Some restrictions and warnings regarding the use of the FSM are presented, as well as limitations of the Generalized Beam Theory and precautions to be taken in the shell models. It is also analyzed the influence of the degree of discretization of the cross section. In the present study, no evaluation was made with respect to normative procedures neither nonlinear analyses considering the initial geometric imperfections, residual stresses and elastoplastic behavior of the material.

Para o projeto de estruturas com perfis de aço formados a frio, é fundamental a compreensão dos fenômenos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez à torção. A determinação do carregamento crítico e a identificação do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia três metodologias para a análise linear de estabilidade de perfis de aço formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de seção U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condições de vinculação e carregamento. Determinam-se os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) análise com o Método das Faixas Finitas (MFF), através do uso do programa computacional CUFSM; (ii) análise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) análise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restrições e ressalvas com relação ao uso do MFF são apresentadas, assim como limitações da Teoria Generalizada de Viga e precauções a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se também a influência do grau de discretização da seção transversal. No entanto, não é feita avaliação em relação aos procedimentos normativos e tampouco análises não lineares, considerando as imperfeições geométricas iniciais, tensões residuais e o comportamento elastoplástico do material. / For the design of cold formed steel members, it is essential to understand the effects of local and global instability, since these members typically have a high slenderness and low torsion stiffness. The determination of critical loads and the associated buckling modes contribute to understand the behavior of these members. This work performs a evaluation of three methods for linear stability analysis of isolated cold-formed steel members in order to determine the elastic critical loads and the corresponding buckling modes. Specifically, Ue and Ze shape members were studied with various length, different boundary conditions and loads. The elastic critical loads and buckling modes are determined by means of: (i) analysis with the Finite Strip Method (FSM), by the computer program CUFSM, (ii) beam finite element analysis based on the Generalized Beam Theory (FEM-GBT), by GBTUL program, and (iii) Finite Element Method with shell analysis using ABAQUS program. Some restrictions and warnings regarding the use of the FSM are presented, as well as limitations of the Generalized Beam Theory and precautions to be taken in the shell models. It is also analyzed the influence of the degree of discretization of the cross section. In the present study, no evaluation was made with respect to normative procedures neither nonlinear analyses considering the initial geometric imperfections, residual stresses and elastoplastic behavior of the material.