Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-19T13:37:24Z No. of bitstreams: 1 146156.pdf: 1836282 bytes, checksum: 4d1968601e24b62c35be46bccf70ed61 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-19T13:37:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 146156.pdf: 1836282 bytes, checksum: 4d1968601e24b62c35be46bccf70ed61 (MD5) Previous issue date: 1977-07 / Neste trabalho, aplica-se o método dos elementos finitos à análise do comportamento não-linear geométrico de estruturas laminares, sob ação de cargas estáticas e dinâmicas. Dois tipos de formulação são estudadas. Na primeira, através de elementos degenerados de elementos isoparamétricos, utiliza-se diretamente a teoria da elasticidade tridimensional, não introduzindo restrições quanto à grandeza das deformações. A outra, derivada das equações de von Kármán para grandes deflexões de estruturas delgadas, é específica para problemas de pequenas deformações. Resultados de diversas análises são apresentados. Discutem-se vantagens e limitações das aproximações desenvolvidas e eficiência dos modelos implementados. / ln this work, the finite element method is applied to problems involving the geometrically non-linear behaviour of surface structures, subjected to static and dynamic loads. Two kinds of formulations are studied. ln the first one, through isoparametric degenerated elements, the tridimensional theory of elasticity is directly used. There are no restrictions for the magnitude of the deformations. The other one, derived from the von Kármán strain expressions for large deflections of thin plates, is limited to problems involving small deformations. Results from several analysis are presented. Advantages and limitations of the developed aproximations are discussed, as well as the efficiency of the implemented models.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T13:09:07Z No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T13:09:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149231.pdf: 3021284 bytes, checksum: 534bb196af08597a3b9425f50b9ff9b7 (MD5) Previous issue date: 1978-12 / O presente trabalho objetiva o desenvolvimento e comparação das formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada para a análise não-linear geométrica e física de treliças espaciais, além da apresentação e confronto de diversos métodos de solução de equações não-lineares. Estas formulações, juntamente com duas de outros autores, são implementadas no programa ANALITE. As formulações Lagrangeana e Lagrangeana Atualizada são desenvolvidas a partir dos princípios gerais da mecânica do contínuo. Possibilitam a análise não-linear de grandes deslocamentos e deformações. A estrutura é discretizada pelo método dos elementos finitos, modelo deslocamento. A solução do sistema de equações não-lineares pode ser efetuada por diversos processos incrementais: iterativos tipo Newton (Neton-Raphson e Newton-Raphson modificado), incremental convencional, incremental modificado, incremental autocorretivo de primeira ordem e de integração numérica (Runge-Kutta de quarta ordem e "predictor-corrector" de Hamming). Vários exemplos comparando as diversas possibilidades do programa são apresentados e comentados. / The main objective of this work is to examine the numerical performance of the Total Lagrangean and Updated Lagragean formulations for geometrically and materially nonlinear analysis of space trusses, and the most commonly used nonlinear equation solution algorithms. These formulations, and two others; are implemented in the ANALITE program. The Total Lagrangean and Updated Lagrangean formulations are developed based on general principles of continuum mechanics. They make possible the nonlinear analysis of large displacements and large deformations. The structure is discretizeted by the finite element method, using the displacement model. The solution of the nonlinear equation system can be carried out by several incremental procedures: Newton iteration type (Newton-Raphson and modified Newton-Raphson), conventional incremental, improved incremental, first-order self-correcting incremental, and some numerical integration techniques (fourth-order Runge-Kutta and Hamming's predictor-corrector). Several examples comparing the different possibilities of the program are presented and commented.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T14:33:02Z No. of bitstreams: 1 150109.pdf: 3374001 bytes, checksum: 312e0f38069763b9fc4bb68fbcc666bd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T14:33:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 150109.pdf: 3374001 bytes, checksum: 312e0f38069763b9fc4bb68fbcc666bd (MD5) Previous issue date: 1979-02 / Numa análise estática, podemos encontrar os deslocamentos, tensões e deformações de uma estrutura sujeita a quaisquer solicitações através da fatoração de sua matriz de rigidez. Um dos processos mais conhecidos é a decomposição numa matriz triangular superior, o fator de Cholesky. Apresenta-se aqui um processo em que, através da fatoração da matriz de rigidez do elemento, obtém-se um fator representativo do sistema estrutural e, então, o fator de Cholesky. Os resultados obtidos através do programa de computador desenvolvido, mostraram a maior precisão deste processo e as vantagens de sua utilização em estruturas mal condicionadas. As ideias básicas desta formulação foram desenvolvidas na Alemanha pelos autores do sistema ASKA. No presente trabalho, estudamos, programamos e sugerimos caminhos para aplicação deste processo. Implementamos o cálculo automático dos elementos de treliça, pórtico plano e elementos finitos triangulares para o estado plano. / In a static analysis the unknowns may be found by rneans of obtaining a factor of the stiffness matrix of the structure. The most popular solution method involves the transformation of this matrix into an upper triangular matrix, the Cholesky factor. Here, it is shown how this factor may be obtained directly from the factor of the elemental stiffness matrix and a representative factor of the structural matrix. The results from the computers program which was developed for the new method have garanteed its precision and the advantage of employing it to solve ill-conditioned problems. The basic ideas of this formulation were developed in Germany by other authors for the ASKA system. These ideas have been worked up here, an automatic program has been obtained for bearn and triangular finite elements and some suggestions are given for the further development of the new method.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-10-09T12:42:44Z No. of bitstreams: 1 150332.pdf: 2963671 bytes, checksum: 3c78186429fe82b6f5fd8d7542207a4d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T12:42:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 150332.pdf: 2963671 bytes, checksum: 3c78186429fe82b6f5fd8d7542207a4d (MD5) Previous issue date: 1979-03 / Apresenta um programa automático para a análise não-linear de estruturas reticuladas espaciais de concreto armado, compreendendo tanto a verificação de uma estrutura sob a ação de um carregamento definido, como a pesquisa de sua capacidade de carga para uma dada disposição de cargas. Em sua elaboração foram levados em conta além da não-linearidade dos diagramas tensão-deformação dos materiais (não-linearidade física), os efeitos de segunda ordem decorrentes da interação axial flexão (não-linearidade geométrica). No caso de estruturas solicitadas à torção, combinada ou não com outros esforços, são considerados os efeitos da torção de maneira aproximada, tendo por base o modelo da treliça espacial, adotado pelo C.E.B. Em sua parte final o trabalho apresenta exemplos de aplicação do programa e comparações com outros métodos de análise e pesquisas experimentais. Estão incluídos, também, comentários sobre os resultados obtidos e sugestões para aprimoramento deste trabalho. / Present an automatic program for non-linear analysis of spacial frames of reinforced concrete, including verification of structures under definite loading and research on its load-bearing capacity for a given disposition of loads. On its development are considered both the non-linearity of the stress-strain diagrams of the materials (physical non-linearity) and the second order effects of the axialflexural interaction (geometrical non-linearity). ln the case of structure loaded by torsion, combined or not with others efforts, the effects of torsion are considered on an approximative way, based on the spacial truss model, adopted by the C.E.B. The final part presents some examples of application of the automatic program and some comparisons with others methods of analysis and experimental investigations. Some comments about the results obtained and suggestions for more advanced studies in the future are also included.

Made available in DSpace on 2014-11-12T01:01:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000462536-Texto+Completo-0.pdf: 1936978 bytes, checksum: 551a99d3e7495bc45e9ce1dea5d91aea (MD5) Previous issue date: 2014 / With the popularization of the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV’s) grows the need to use more sophisticated, robust and effective controllers in order to enhance its flight performance. This work aims the development of a non-linear control to be applied on a quadrotor aircraft, reducing flight time and improving system stability. The most commonly control technique used consist of a linear control law known as Proportional Integrate Derivative (PID), which provides stability and displacement for this class of system. However, this technique has certain limitations in performance by not considering construction parameters such as actuator’s saturation and inertial moments, associated with the mass distribution of the system. Given this scenario, it is proposed the implementation of a control law, based on a formulation of optimal response time named Proximate Time Optimal Servomechanism (PTOS) to be applied on the degrees of freedom for rotation and translation of the vehicle. Furthermore, it is proposed a new approach to operate on a bidirectional displacement of a geo-referenced trajectory control system, based on the concept of optimal time, such as PTOS. Firstly it is presented the system dynamics, then a linearization, for purpose of control design, is achieved so that the proposed controllers are developed. / Com a popularização do uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT’s) cresce a necessidade do uso de controladores mais sofisticados, mais robustos e mais eficazes, de forma a aprimorar sua performance de voo. Este trabalho tem como objetivo a implementação de uma técnica de controle não linear para ser aplicada em VANT’s do tipo quadcóptero, reduzindo o tempo de voo e aprimorando a estabilidade do sistema. A técnica de controle comumente usada consiste em uma lei de controle linear conhecida como PID (Proporcional Integrador Derivador) que, embora proporcione estabilidade e deslocamento para essa classe de sistema, esta técnica apresenta certas limitações de desempenho e performance por não considerar parâmetros construtivos, tais como a saturação do próprio atuador e momentos inerciais associados à distribuição de massa no sistema. Neste cenário, é proposto a implementação de uma lei de controle, baseada em uma formulação de tempo de resposta quase ótimo denominada Proximate Time Optimal Servomechanism (PTOS), a ser aplicada nos graus de liberdade relativos a rotação e translação do veículo. Não obstante, é proposta uma técnica de controle bidirecional para atuar no controle da trajetória georreferenciada do sistema, alicerçada no conceito de tempo ótimo, tal como PTOS. Como metodologia, primeiramente é apresentado o modelo da dinâmica do sistema, tal como uma representação linear para fins de projeto de controle, para que então sejam desenvolvidos os controladores propostos. O desenvolvimento é validado offline, via simulações dos algorítimos.

A busca por novos modelos matemáticos e técnicas inovadoras para análises numéricas tem sido tema de muitas pesquisas. Em análises de modelos que possuem domínios infinitos e semi-infinitos, o Método dos Elementos de Contorno (MEC) sobressai-se como uma das mais eficientes ferramentas numéricas. Por outro lado, em análises não-lineares o MEC requer a avaliação de integrais de domínio, diminuindo as vantagens de uma discretização apenas do contorno do modelo analisado. Neste trabalho apresenta-se uma técnica inovadora que trata as integrais de domínio, não adequadas para uma representação pura do contorno, em análises de modelos com materiais viscoplásticos. Na abordagem proposta, utiliza-se um novo algoritmo de visualização proposto por Noronha & Pereira para detectar as regiões de plastificação automaticamente. Este procedimento de detecção é realizado de forma incremental por meio de predições (gradiente como direção de busca) e iterações (Newton-Raphson). Uma vez que as regiões sejam obtidas, torna-se possível transformar as integrais de domínio em integrais de contorno de forma direta. Obtém-se assim uma abordagem baseada apenas na discretização do contorno dos modelos, mantendo uma das principais vantagens da utilização do MEC. Foram realizados neste trabalho alguns exemplos numéricos que apresentaram excelentes resultados em comparação com o Método dos Elementos Finitos (MEF) e com resultados encontrados na literatura. / The search for new mathematical models and innovative techniques for numerical analyses has been subject of many research studies. In analysis of models with infinite and semi-infinite domains, the Boundary Element Method (BEM) has been proved to be one of the most efficient numerical tools. On the other hand, in nonlinear analyses the BEM requires the evaluation of domain integrals, diminishing the advantages of a discretization only of the boundary of the model. This work presents an innovative technique that treats the domain integrals, not suitable for pure boundary representations, in analyses of models with viscoplastic materials. The proposed approach is based on a new post-processing algorithm developed by Noronha & Pereira to detect the plastic regions automatically. The detection procedure herein proposed is an incremental technique that uses prediction (along the gradient direction) and iteration (Newton-Raphson) loops. Once the plastic regions are found, it becomes possible to transform the domain integrals in boundary integrals in a straightforward manner. The proposed approach results in a pure boundary discretization, preserving the main advantage of the BEM. The numerical examples presented in this work are in good agreement with the Finite Element Method (FEM) and with results found in the literature.

Segundo a legislação brasileira, as estruturas de concreto armado devem ser verificadas em situação de incêndio, de modo a assegurar a capacidade portante para permitir a fuga dos usuários e o combate ao fogo com segurança e minimizar a propagação do incêndio para outros compartimentos. Para estruturas de concreto armado, especial atenção deve ser dada aos pilares. A redução da capacidade portante desses elementos é significativa em situação de incêndio e seu colapso pode resultar na instabilidade global da estrutura em certos casos. O cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado, em fase de projeto, é feito normalmente usando métodos simplificados dados pelas normas técnicas. Esses métodos possuem campos de validade limitados e podem apresentar resultados excessivamente seguros (antieconômicos) e em alguns casos contra a segurança. Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta computacional para o cálculo do tempo de resistência ao fogo de pilares de concreto armado em situação de incêndio, dados os campos de temperaturas simétricos na seção transversal em função do tempo de exposição ao incêndio-padrão. O cálculo do pilar foi baseado no método da estimativa da curvatura dado pelo Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). A seção transversal foi discretizada em elementos (concreto e aço), na qual as deformações térmicas e as propriedades termomecânicas de cada elemento foram calculadas de acordo com sua temperatura. O método da estimativa da curvatura permite ainda considerar os efeitos da não linearidade geométrica, que geralmente se tornam importantes devido à redução da rigidez do pilar sob temperaturas elevadas. Foram modelados pilares sob flexão normal composta considerando a seção transversal aquecida de forma simétrica. Os resultados do programa foram comparados a resultados de ensaios de laboratórios internacionais, com o objetivo de validar as hipóteses de cálculo adotadas. / According to Brazilian Codes, reinforced concrete structures must be verified under high temperatures, in order to assure the load bearing capacity to allow the safe evacuation of the users and the fire fighting and to reduce the fire spread to other compartments. For reinforced concrete structures, the columns must be analyzed carefully. The significant reduction in the load bearing capacity of reinforced concrete columns in fire can lead to collapse, which could result in global instability of the structure in some cases. The calculation of the fire resistance time of reinforced concrete columns, in the design phase, is usually done by means of simplified methods given by the standards. These methods are very limited and can result in excessively safe solutions (uneconomical) or unsafe solutions in some cases. A computational tool was developed for calculating the fire resistance time of reinforced concrete columns in fire, given symmetrical temperature fields in cross section as a function of exposure time to standard fire. The calculation method was developed using the method based on estimation of curvature given by Eurocode 2 (EN 1992-1-2:2004). The cross section was divided into elements (concrete and steel), in which the thermal strain and thermomechanical properties of each element were calculated according to its temperature. The mechanical behavior of the column under uniaxial bending considered the geometrically nonlinear effects of the structure, which generally become important due to reduced stiffness of the column at elevated temperatures. The results of the numerical analysis and experimental results of full-scale laboratory fire tests on concrete columns performed by international researchers were compared in order to validate the main hypothesis adopted.

Nas últimas décadas, considerável evidência tem sido direcionada no desenvolvimento de métodos computacionais que analisam os comportamentos não lineares das estruturas. O método da corda é considerado o tipo de método de seguimento de trajetórias que possui a técnica mais comum e versátil para analisar tais comportamentos não lineares. No entanto, testes realizados pelos autores concluem que tais métodos ainda apresentam algumas dificuldades quando as estruturas possuem formas complexas e comportamentos fortemente não lineares. Devido a isso, o objetivo do trabalho em questão é acrescentar duas modificações ao método da corda, a fim de desenvolver um modelo mais seguro e estável. A esses métodos, inclui-se (i) uma equação alternativa para o passo previsor, que tornará o método mais estável ao ultrapassar pontos críticos; e (ii) um parâmetro de controle, que através do conceito de soma dos comprimentos de corda, é chamado de método da corda acumulado. Ao final, por consequência destas alterações, um procedimento mais robusto para o método da corda é obtido. Sua validação é apresentada, pelos autores, através de exemplos utilizando estruturas treliçadas (bidimensionais e tridimensionais) em um programa de simulação numérica desenvolvida. / In the last decades, a considerable effort has been directed to develop of computational methods to analyze the nonlinear behavior of structures. The arc-length method is considered the type of path following method which have the most common and versatile techniques for analyzing such nonlinear behaviors. Nevertheless, tests performed by the authors conclude that such methods present some difficulties when the structures possess complex shapes and strongly nonlinear behaviors. Due to this, the purpose of the present work is to add two amendments to the arc-length method, in order to develop a model safer and more stable. In such methods, it is included (i) an alternative equation for the predictor step, that will make the method most stable to overcoming critical points, and (ii) a control parameter, through the concept of sum of the arc length up to now, referred to as accumulated arc-length method. By the end, as a result of these modifications, a more robust procedure for the method of the string is obtained. And its validation is presented by the authors through examples using truss structures in a two-dimensional and three-dimensional numerical simulation program developed.

Neste trabalho, desenvolve-se uma formulação linear de placas através do Método dos Elementos de Contorno, baseada na teoria clássica de Kirchhoff, onde a integração numérica, sobre os elementos do contorno, é feita considerando-se a técnica de subelementos. Estende-se essa formulação à análise não-linear de placas de concreto armado, através da inclusão de um campo de momentos iniciais, onde as integrais de domínio são calculadas aproximando-se o campo de momentos iniciais em células internas. Consideram-se dois modelos constitutivos para o concreto: um elasto-plástico, onde o critério utilizado é o de Von Mises, sem considerar resistência à tração, enquanto que o outro é o modelo de dano de Mazars. A distribuição das tensões é aproximada, em uma seção qualquer da placa, por pontos discretos, que seguindo um esquema gaussiano, permite a integração numérica para o cálculo dos esforços. Em cada ponto, considerado ao longo da espessura, verifica-se o modelo constitutivo adotado. Numa primeira aproximação, considera-se que a linha neutra é definida pela superfície média da placa e, numa aproximação seguinte, a posição da mesma é calculada de tal forma que a força normal resultante seja nula. / In this work a linear boundary element formulation for Kirchhoff plate in bending is presented, including a precise numerical scheme based on sub-element integration to compute the boundary matrices. Then, the formulation is extended to perform non-linear analysis of reinforced concrete slabs by incorporating initial moment fields. The domain integral required to evaluate the initial moment influences are performed by using the well known cell sub-division. The non-linear behaviour of concrete slabs is included by considering two particular models: the Von Mises criterion modified to consider no strength in tension and the damage model proposed by Mazars. Those criteria are verified at points along the plate thickness, appropriately placed to allow performing numerical integration to approach moments and normal forces using Gauss point schemes. A first model was developed assuming that the plate middle surface is coincident with the plate neutral axes. Then, this model is modified to find the proper neutral axis positions by enforcing the normal force resultants to be zero.

Trata de formulações e algoritmos para a análise não linear em problemas de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas. São apresentadas novas formulações posicionais para problemas não lineares geométricos para os casos estático e dinâmico, baseadas no método dos elementos finitos. As formulações desenvolvidas são estendidas para problemas de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas e anteparo rígido. Utiliza-se o método do multiplicador de Lagrange para impor as restrições de contato. Uma pesquisa foi realizada para se encontrar integrador temporal estável para análises de impacto. Desenvolveu-se uma nova estratégia de previsão do impacto, através da teoria de problemas potenciais e do método dos elementos de contorno. Por fim, a formulação é adaptada para o estudo de impacto bidirecional entre estruturas reticuladas, adotando-se algoritmo de retorno geométrico, no qual consideram-se situações com e sem atrito. São apresentados diversos exemplos numéricos, comparando-se resultados obtidos com soluções analíticas e numéricas de outros trabalhos. A formulação desenvolvida ainda considera efeitos elastoplásticos nos membros estruturais e ligações com deslocamentos livres nas conexões nodais, possibilitando a análise de mecanismos flexíveis / This work deals with formulations and algorithms for nonlinear bi-directional impact analysis between reticulated structures. New positional formulations for static and dynamic nonlinear cases are presented, both based on the finite element method. The developed formulations are extended to bi-directional impact problem between reticulated structures and rigid wall, using the Lagrange multiplier method to impose contact conditions. An appropriated time integration scheme is used to alleviate the numerical errors due high frequency vibrations occurring in the impact. Finally, the formulation is adapted for the bi-directional impact between reticulated structures. During the thesis several numerical examples are presented, comparing the obtained results with analytical and other numerical responses. The developed formulation also considers elastoplastic effects in structural members and nodal connections with free displacements