Orientador : Prof. Dr. Jair Mendes Marques / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba,01/04/2016 / Inclui referências : f. 108-114 / Área de concentração : Programação matemática / Resumo: Um plano de instrumentação detalhado é uma das formas de verificar as reais condições de segurança apresentadas por uma estrutura. O objetivo dessa pesquisa foi desenvolver uma metodologia para análise de risco em blocos de concreto de barragens altamente instrumentadas através da análise fatorial. Na metodologia proposta identificou-se os instrumentos que são altamente correlacionados, e, com a aplicação da análise fatorial, determinou-se os fatores latentes que podem estar associados às anomalias na estrutura. A partir dos dados, testes estatísticos foram aplicados para confirmação das hipóteses necessárias. Comprovadas as hipóteses testadas utilizou-se os resultados como base para a determinação de uma função de desempenho multivariada para a análise de confiabilidade estrutural, assumindo que a estrutura do bloco constitui um sistema altamente interligado, possibilitando o monitoramento dos modos de falha e o cálculo de estimativas da probabilidade dos eventos de falha do sistema. Para o caso do bloco-chave de Itaipu, obteve-se cinco modos de falhas e suas regiões críticas, o que possibilita o monitoramento dessas anomalias e as estimativas de suas probabilidades de falha. Com os resultados obtidos pode-se concluir que o método é eficiente quando aplicado a um bloco de concreto instrumentalizado. / Abstract: A detailed instrumentation plan is one way to verify the actual security conditions presented by a structure. The objective of this research was to develop a methodology for risk analysis in concrete blocks of highly instrumented dams through factor analysis. In the proposed methodology it was identified instruments that are highly correlated, and with the application of factor analysis, it was determined the latent factors that may be associated with abnormalities in the structure. From the data, statistical tests were used to confirm the necessary hypothesis. Proven the tested hypotheses it was used results as a basis for determining a multivariate performance function for the analysis of structural reliability, assuming that the block structure is a highly interconnected system enabling monitoring of failure modes and calculating estimates of the probability of system failure events. In the case of Itaipu the key block, was obtained five failure modes and their critical regions, which enables the monitoring of these anomalies and estimates of their failure probabilities. With these results we can conclude that the method is effective when applied to a concrete block instrumented.

Orientador: Vicente Luiz Scalon / Delson Luiz Modolo / João Batista Campos Silva / Resumo: Nas últimas décadas, o crescente aumento do preço dos combustíveis fósseis associado às crescentes preocupações ambientais têm incentivado as pesquisas sobre o uso de fontes de energia renováveis e os aprimoramentos de seus sistemas e equipamentos. Dentre as fontes alternativas existentes, a energia solar merece ser destacada pelo seu grande potencial de exploração. Os dispositivos solares permitem um amplo espectro de uso, podendo ser utilizados desde operações de grande porte, como hotéis e indústrias, até em sistemas menores típicos de residências. Dentre as aplicações possíveis de energia solar, o sistema de aquecimento de água residencial utilizando coletores solares planos ainda é o mais comum. Este tipo de dispositivo capta a radiação solar por meio de seus coletores e aquece a água que escoa no seu interior e a armazena dentro de um reservatório. Este trabalho propõe estudar uma geometria de coletor alternativa para a captação de energia baseada no coletor de absorção direta. Neste tipo de dispositivo, o fluido de trabalho escoa entre uma placa absorvedora negra e uma placa de vidro e é aquecido indiretamente pela placa absorvedora. Para a avaliação da geometria um modelo numérico bidimensional utilizando o OpenFOAM® foi elaborado. As análises realizadas visaram determinar as condições de contorno ideais para as simulações envolvendo escoamentos de vazão constante e devido ao efeito de termossifão. Com o modelo estabelecido, determinou-se a curva de rendimento da geom... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: On last decades, the increasing price of fossil fuels associated with the growing concern with the environmental have encouraged researches about renewable energy sources and improvements to its systems and equipment. Among the available alternative sources, solar energy deserves to be highlighted for its great exploitation potential. Solar devices allow a wide range of use, since large operations, such as hotels and industries, to typical smaller residences systems. Among possible applications for solar power, residential water heating systems using flat solar collectors are the most common ones. This type of devices capture solar radiation through their collectors, heat the inside flowing water and stores it in a reservoir. The present work intends to study an alternative collector geometry for energy harvesting based on the direct absorption collector. In this device, the working fluid flows between a black absorber plate and a glass cover and is heated indirectly by the absorber plate. For the geometry evaluation a two-dimensional numeric model was created using OpenFOAM. The analysis aimed to determine the optimal boundary conditions for simulations involving a constant flow and a thermosiphon effect flow. With the model stablished, it was determined the efficiency curve for the geometry in order to find the optimal fluid thickness that flows inside the collector. After the analysis, it can be concluded that the thickness effect on the thermal efficiency is small and, am... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Maurílio Boaventura / Banca: Magda Kimico Kaibara / Banca: Geraldo Nunes Silva / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar a prova do Teorema de Existência e Unicidade de Solução, no contexto de soluções Viscosas, de um novo Modelo de Difusão Anisotrópica proposto recentemente para eliminação de Ruídos e Segmentação de Imagens Digitalizadas. / Abstract: The objective of this work is to present the proof of the Theorem of Existence and Uniqueness of Solution in the context of Viscosity Solutions, of a new model of anisotropic diffusion recently proposed to noise elimination and segmentation of digitalized images. / Mestre

Nesta tese de doutorado apresentamos um conjunto de estudos em sistemas com atraso, especialmente no contexto de lasers realimentados. O paradigmático modelo fisiológico de Mackey-Glass nos introduz no contexto de sistemas atrasados por ser simples e já, bastante estudado. Na sequencia, um modelo de lasers de CO 2 com realimentação eletro-óptica e o modelo de Lang-Kobayashi para lasers de semicondutor são estudados em detalhes. O espago de parâmetros do modelo de Mackey-Glass apresenta fases regulares e caóticas, compondo um complexo mosaico de rotas para o caos. Cascatas de dobramento de período são observadas, além de um novo tipo de comportamento caracterizado pela adição de picos por deformação do perfil da solução. Além disso, percebemos que a implementag5,o do atraso não implica em mudança instantânea na dinâmica, revelando uma "letargia" do sistema frente a influencia do atraso. Também observamos a acumulação de shrimps no espaço de parâmetros, sendo que nestas estruturas podemos fracionar a solução em segmentos, de forma que ao passarmos de uma estrutura para outra, a solução apenas apresenta a adição de alguns destes segmentos na sua composição. O espaço de parâmetros do modelo de laser de CO 2 com realimentação sem atraso apresenta dois tipos de descontinuidade no período das soluções associadas: uma divergência com o aumento da voltagem de bias (B), e um aumento abrupto com a variação conjunta da voltagem de bias e do ganho de realimentação (r). O efeito deste salto no espaço de fase y x z e discutido. A implementação do atraso (T 0) e o incremento deste tempo de atraso revelou, inicialmente, uma contração das fases periódicas complexas no piano r x B, ate sua completa extinção. Após um intervalo de inatividade dinâmica, o continuo aumento de T revelou o ressurgimento de complexas fases de soluções periódicas e caóticas. No modelo de Lang-Kobayashi, mostramos que as transições observadas no comportamento dinâmico da intensidade do laser quando o tempo de atraso e variado estão relacionadas com a criação e destruição dos chamados Modos de Cavidade Externa (ECMs). Por outro lado, o incremento da corrente de bombeamento P mostrou uma gradual cornplexificação da solução, alternando solug5es periódicas, levemente irregulares e ca6ticas. O piano T x P mostrou uma rica distribuição deste tipo de soluções, formando estruturas bem definidas no espaço de parâmetros. Multiestabilidade também foi observada neste modelo. / In this thesis we present a series of studies in delayed systems, specially in the context of feedback lasers. The paradigmatic Mackey-Glass model introduces us in the context of delayed sistems, for being both simple and largely studied. Additionally, a model for CO2 lasers with electro-optical feedback, and the Lang-Kobayashi model for semiconductor lasers are studied in details. The parameter space of the Mackey-Glass model presents phases of regular and chaotic behavior, composing a complex mosaic of routs to chaos. Period doubling cascades are observed, along with a new type of behavior, characterizing the peak adding by waveform deformation of the solution. In addition, we see that the implementation of the delay time does not instantaneously changes the dynamics, revealing a "lethargic" behavior of the system under the delay influence. We also observed the accumulation of shrimps in parameter space, and in these structures we can divide the solution in segments, in a way that when we jump from one of these structures to another, the solution is simply added by one of these segments in its composition. The parameter space of the CO 2 laser model with feedback (without delay) presents two types of discontinuities in the period of the associated solutions: a divergence, with the increasing of the bias voltage (B), and a sharp increase with the joint variation of the bias voltage and the feedback gain (r). The effect of this jump in phase space y x z is discussed. The implementation of the delay (T 0) revealed the existence of low complexity regimes in r x B plane under the variation of T. The increasing of this delay time revealed, initially, a contraction of the complex periodic phases in r x B plane, until its complete disappearance. After a range of dynamical inactivity, the further increasing in 7- revealed the reappearance of complex phases with periodic and chaotic solutions. In the Lang-Kobayashi model, we showed that the transitions observed in the laser intensity dinamical behavior while the delay time is varied are related to the creation and destruction of the External Cavity Modes (ECM). On the other hand, the increasing of the pump current P showed a gradual complexification of the solution, alternating periodic, lightly irregular, and chaotic solution. The T x P plane showed a rich distribution of these types of solutions, composing well defined structures in parameter space. Multistability was also observed in this model.

Problemas de transferência de calor e de massa em meios granulares são encontrados em inúmeras situações de interesse tecnológico. Particularmente, o processo de secagem de grãos envolve esses dois fenômenos. Nesta tese é desenvolvido um modelo matemático que descreve os balanços de energia e de massa para o ar e os grãos baseado nas equações de Navier-Stokes. O coeficiente convectivo de transferência de massa entre o grão e o ar é obtido a partir de dados experimentais para a secagem de grãos de soja. As equações governantes do modelo são resolvidas numericamente por um esquema em diferenças finitas. A análise de consistência, estabilidade e convergência também é realizada para o caso unidimensional. Uma solução analítica da equação diferencial parcial com a forma das equações de balanço da energia e da massa para o ar (caso unidimensional) é obtida, fazendo-se comparações entre dados numéricos e a solução analítica, para funções testes no termo fonte, com o objetivo de avaliar o esquema numérico utilizado. Resultados são apresentados fazendo comparações dos valores numéricos calculados através do modelo com dados experimentais encontrados na literatura. Avalia-se também a influência de parâmetros adimensionais envolvidos nos processos de transferência de calor e massa. Estes resultados contribuem para obter um melhor entendimento da transferência de calor e massa em meios granulares, cujas aplicações são encontradas em muitas situações de interesse prático. / Problems of heat and mass transfer in granular media are found in countless situations of technical interest. Particularly, the grain drying process involve those two phenomena. In the present work we develop a mathematical model that describes the energy and the mass balance for the air and the grain based on the Navier-Stokes equations. The convective mass transfer coefficient between the grain and the air is obtained from experimental data for the soy grain drying process. The governing equations of the model are approximated by means of a finite differences scheme. The analysis of consistency, stability and convergence is also made for the unidimensional case. An analytical solution for a partial differential equation with the form similar to the energy and mass balance equations for the air (in the unidimensional case) is obtained; comparisons are realized between the numerical data and the analytical solution for chosen test functions in the source term, with the objective of evaluating the numerical scheme used. Numerical results are presented and compared with the experimental data found in the literature. We evaluate the influence of dimensionless parameters involved in the heat and mass transfer processes as well. These results contribute to obtain a better understanding of the heat and mass transfer in a granular medium, whose applications are found in many situations of technical interest.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-04-08T14:05:14Z No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) / Approved for entry into archive by Lucila Saraiva(lucilasaraiva1@gmail.com) on 2010-04-26T21:50:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-04-26T21:50:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_RegisSilvestredaCAtaides.pdf: 9470781 bytes, checksum: 17ea858ef7e4c07a26599c6153344080 (MD5) Previous issue date: 2009 / Este trabalho tem como objetivo a implementação e avaliação do aperfeiçoamento proposto por Spalart (2000) para modelos de turbulência baseados na hipótese de Boussinesq. É sabido que esta hipótese modela o tensor de Reynolds de forma análoga à representação de Navier para o tensor das tensões viscosas, presumindo a existência de uma viscosidade dinâmica turbulenta hipotética, T. Em seu trabalho, Spalart (2000) propõe um aperfeiçoamento, destinado a permitir um comportamento não linear ao tensor de Reynolds a partir de correlações entre os gradientes de velocidade média nas três direções. A implementação do aperfeiçoamento de Spalart (2000) foi feita no pacote comercial Fluent, de propriedade da empresa ANSYS Inc., através de uma rotina em linguagem "C". Esta rotina é executada juntamente com o programa principal, através de uma função definida pelo o usuário. A modificação foi testada em três modelos de turbulência: Spalart-Allmaras, k-? e k-? SST, que tiveram seus resultados comparados com dados experimentais e com o modelo RSM, acrônimo baseado no título inglês Reynolds Stress Model, que é um modelo de turbulência que não faz uso da hipótese de Boussinesq e baseia-se na equação evolutiva do tensor de Reynolds. Três casos testes foram selecionados de maneira a explorar os resultados experimentais e compará- los com os obtidos nos modelos de turbulência nas suas formas original e modificada pelo aperfeiçoamento de Spalart (2000). O primeiro caso teste, proposto por Melling (1976), é constituído por um escoamento no interior de um duto de seção quadrada e tem como principais características o desenvolvimento de camada limite e a presença de escoamentos secundários nos cantos do duto. O segundo caso teste é o escoamento no interior de um duto curvo de seção retangular, proposto por Kim e Patel (1993). Este caso, além de apresentar o escoamento secundário nos cantos, possui características específicas de produção e dissipação de energia cinética turbulenta, geradas pela curvatura das linhas de corrente, nas paredes interna (convexa) e externa (côncava) da curva. O terceiro caso é o escoamento ao redor do corpo de Ahmed (1984), realizado por Becker et al (2000) e que se caracteriza pela presença do descolamento da camada limite e a consequente formação da esteira à jusante do corpo. Para o primeiro caso teste, foram obtidos os resultados de perfis de velocidade média longitudinal, perfis de energia cinética turbulenta, além da representação do escoamento secundários através dos vetores de velocidade na direção transversal. Estes resultados apresentaram boa correlação com os dados experimentais, sendo os modelos de turbulência com o aperfeiçoamento proposto por Spalart (2000) capazes de representar o escoamento secundário. Para o segundo caso teste, constituído pelo escoamento no interior do duto curvo de seção retangular, foram obtidos os resultados para os coeficientes de pressão nas paredes do duto, além dos perfis transversais de velocidade média e energia cinética turbulenta. A presença do escoamento secundário, descrito por Kim e Patel (1993), também foi capturado pelos modelos de turbulência testados. Para o terceiro caso teste, foram obtidos: o coeficiente de pressão ao redor do corpo de Ahmed, os perfis transversais de velocidade média e energia cinética turbulenta, com boa correlação dos resultados experimentais em relação aos obtidos experimentalmente. Além disso, foi feita a caracterização do escoamento secundário através das componentes de velocidade na direção transversal e o coeficiente de arrasto para o corpo rombudo, com diferenças percentuais variando entre 2,1% e 8,1% para os modelos de turbulência simulados, quando comparados com os resultados experimentais. Finalmente, para todos os casos teste, foram apresentados os respectivos desempenhos computacionais, comparando-se os tempos de processamento dos modelos de turbulência na sua forma padrão e com a implementação feita neste trabalho. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main goal of this work is to implement and evaluate the correction proposed by Spalart [53] on turbulence models based on Boussinesq approximation. The objective of this correction is to capture non linear effects of Reynolds tensor, which are not correctly predicted and modeled by Boussinesq approximation. In his work, Spalart [53] proposed the correction by introducing a non linear to Reynolds tensor obtained through the velocity gradients correlation. The implementation has been done in commercial package Fluent, from ANSYS Inc., through a User-Defined Function (UDF), which is executed with the main program. The modification has been tested for three turbulence models: Spalart-Allmaras, k−" and k − ! SST, which had their results compared to experimental data and Reynolds Stress Model (RSM) results. This last model does not use Boussinesq approximation and has turbulent tensor components modeled by an evolutive equation. Three test cases have been selected in order to explore experimental results and compare them to those obtained with turbulence models in default and modified formulations, proposed by Spalart [53]. The first test case, proposed by Melling [41], represented by the flow inside a square duct, has the development of boundary layer and secondary flows at duct corner as main characteristics. At the second test case, the flow inside a rectangular curved duct, proposed by Kim and Patel [29], has been simulated. At this case, the secondary flow is also presented and, moreover, specific characteristics of turbulence kinetic energy production and dissipation at inner (convex) and outer (concave) wall have been evaluated. At the third test case, the flow around Ahmed body [1] has been simulated and the results obtained by Becker et at [17] have been used. On this case, the boundary layer detachment and the wake behind the body are the characteristics evaluated. For the first test case, longitudinal velocity component profiles have been obtained, besides transversal turbulent kinetic energy and the secondary flow represented by transversal velocity vector components. These results presented good correlation between numerical and experimental data. The modified turbulence models based on Spalart [53] modification have been able to represent the secondary flow, which has not been possible with turbulence models in their default formulation. For the second test case, pressure coefficient, transversal velocity and turbulent kinetic energy results have been obtained. As described by Kim and Patel [29], the secondary flow inside the bend has been captured by all of turbulence models evaluated on this work. For the third test case, the results of pressure coefficient, transversal velocity and turbulent kinetic energy have been obtained and presented good agreement with experimental data. Moreover, the secondary flow has been represented by transversal component of velocity vectors. Drag coefficient has also been evaluated and presented differences of 2.1% and 8.1% varying between turbulence models simulated. Finally, for all test cases, the computational time has been evaluated, comparing turbulence models in their default formulation with the implementation done on this work.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2006. / Submitted by Thaíza da Silva Santos (thaiza28@hotmail.com) on 2011-02-12T16:29:32Z No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Approved for entry into archive by Daniel Ribeiro(daniel@bce.unb.br) on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / Made available in DSpace on 2011-02-15T23:55:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_RafaelGarciaLeal.pdf: 6615078 bytes, checksum: 2cd0474c0c32ba37d473ead5e78327cf (MD5) / O presente trabalho tem como objetivo a simulação numérica das interações entre as ondas de choque e as regiões viscosas presentes nos escoamentos transversais transônicos turbulentos, subcríticos e supercríticos, ao redor de um cilindro bidimensional. Para tanto, resolvem-se numericamente as equações de Navier-Stokes, em sua forma compressível, utilizando-se uma discretização em volumes finitos. Para o cálculo dos fluxos utiliza-se a forma anti-simétrica do método de Ducros, com quarta ordem de precisão no espaço, e para o avanço temporal utiliza-se o método de Runge-Kutta, modificado por Shu, com terceira ordem de precisão no tempo. Para o caso subcrítico (escoamento onde a camada limite é laminar até o ponto de descolamento) não se utilizam modelos de turbulência, uma vez que tais modelos assumem uma camada limite turbulenta, mais energética, que conduziria a um atraso forçado fisicamente inconsistente do descolamento. Para o caso supercrítico (escoamento onde a camada limite é turbulenta antes do descolamento), utiliza-se o modelo de turbulência SST-DES, proposto por Strelets, uma vez que tal modelo permite aliar-se a excelente capacidade do modelo RANS Menter-SST de capturar bem o ponto de descolamento, sem a utilização de malhas extremamente refinadas na região da camada-limite, com a característica de um modelo LES de não sobre-amortecer ou sobre-dissipar as estruturas que surgem na esteira turbulenta. Assim, primeiramente, a fim de validar-se a simulação de escoamentos subcríticos sem a utilização de modelos de turbulência, ataca-se o problema do escoamento subsônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Reynolds igual a 90.000 e número de Mach igual 0,2, uma vez que para tal condição de escoamentos existe uma quantidade considerável de resultados experimentais para comparação Ataca-se, então, o problema do escoamento transônico subcrítico ao redor de um cilindro com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 166.000, sem uso de modelos de turbulência, e o problema do escoamento transônico supercrítico com número de Mach igual a 0,8 e número de Reynolds igual a 500.000, utilizando-se o modelo de turbulência SST-DES de Strelets. Comparam-se, então, os resultados obtidos numericamente com os resultados experimentais disponíveis na literatura. Por fim, analisa-se a complexa topologia do escoamento através de visualizações do campo de gradiente de temperatura, que permitem observar os vórtices e as ondas de choque que se formam. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main objective of the present work is to numerically simulate the shock-vortex interactions that arise in the transonic turbulent cross flow, subcritical and supercritical, around a circular cylinder. For doing so, the compressible Navier-Stokes equations are solved by means of a finite-volume discretization. For the flux calculation the skewsymmetric Ducros’ method with 4th order of accuracy is used. For the marching process the 3rd order Runge-Kutta method, with modifications as proposed by Shu, is used, giving the methodology 3rd order of accuracy in time. For the subcritical case (subcritical stands for a type of flow where the boundary layer is laminar up to the separation point) no closure models are used. This was so because the turbulence models assume a fully turbulent, more energetic, boundary layer that would lead to a physically inconsistent delay in the detachment. For the supercritical case (supercritical stands for a type of flow where the boundary layer is turbulent before the separation point) the SST-DES model, as proposed by Strelets, is applied. Such model was chosen because it allies the capability of Menter- SST model to capture with accuracy the separation point without the need of an extremely large resolution in the boundary layer region with the LES capability of a very large range of scales in the wake region without over-damping or over-dissipating them. So, firstly, the subsonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.2 and Re=90000, is simulated without closure models. This simulation is aimed at validating the no turbulence models approach because such a case has a considerably large amount of experimental results for comparison. Then, the transonic subcritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=166000, is simulated using no closure models and the transonic supercritical flow around the cylinder, with M=0.8 and Re=500000, is simulated using the SST-DES model proposed by Strelets. The calculated results are then compared with those experimental available in the literature. Then the complex topology present in such a type of flow is analyzed by means of the flow field visualizations that permit seeing the vortices and shock waves that arise.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2009. / Submitted by Luiza Moreira Camargo (luizaamc@gmail.com) on 2011-07-06T15:15:24Z No. of bitstreams: 1 2009_CarlosEduardoLunadeMelo.pdf: 14414751 bytes, checksum: 9cd48908da60899bdb0ec6f3eb2f6797 (MD5) / Approved for entry into archive by Elna Araújo(elna@bce.unb.br) on 2011-07-14T23:53:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_CarlosEduardoLunadeMelo.pdf: 14414751 bytes, checksum: 9cd48908da60899bdb0ec6f3eb2f6797 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-07-14T23:53:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_CarlosEduardoLunadeMelo.pdf: 14414751 bytes, checksum: 9cd48908da60899bdb0ec6f3eb2f6797 (MD5) / Trata-se de um estudo experimental e numérico do comportamento até a ruína de pilares birrotulados de concreto armado submetidos a flexo-compressão normal. Foram ensaiados 24 pilares, sendo 10 com 3,0 m, 7 com 2,5 m e 7 com 2,0 m de altura. Os pilares possuíam seção transversal de 250 mm x 120 mm, resistência do concreto em torno de 40 MPa, e taxa geométrica de armadura longitudinal de 1,57 %. A principal variável foi a excentricidade da força aplicada na direção de menor inércia da seção transversal. Resultados de forças últimas e tipos de ruína, fissuração, deslocamentos horizontais, deformações do concreto e da armadura são apresentados e analisados, juntamente com as estimativas calculadas por dois programas computacionais adaptados para o tipo de ensaio realizado. Os pilares com força centrada apresentaram ruína brusca com ruptura do concreto na região central dos pilares, com um pilar apresentando ruína na região do consolo. Os demais pilares apresentaram ruína por flexo-compressão na região central dos pilares. O sistema de ensaio mostrou-se adequado, sendo recomendado para ensaios futuros. Uma curva de tendência de forma exponencial para a força última relativa (υ = Fu/(bhfc)) em função da excentricidade relativa (e/h) foi determinada, apresentando um bom ajuste aos resultados dos pilares analisados. Os resultados numéricos estimados pelos programas se aproximaram bem dos resultados experimentais, sendo adequada a sua utilização na verificação de elementos birrotulados submetidos a flexão composta normal, possuindo pelo menos um eixo de simetria. Foram determinadas funções de forma polinomiais do terceiro grau para a determinação da força de ruína de pilares com índices de esbeltez de 92,7, 71,5 e 52,2 e taxas mecânicas de armadura iguais a 0,196 e 0,131. Os métodos aproximados para a determinação dos efeitos de segunda ordem da ABNT NBR 6118:2003 apresentaram excelentes resultados de estimativa da força última em relação à força última experimental, apresentando uma relação Fu/Fu,NBR próxima à unidade. Os métodos aproximados do ACI 318:2002 e MC-CEB (1990) apresentaram resultados subestimados de resistência dos pilares, em relação aos pilares testados. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents experimental and numerical studies of reinforced concrete columns under combined axial load and bending. Experimental analyses were conducted in twenty four specimens, with dimensions classified as: ten with three meters height, seven with two and a half meters height, and seven with two meters height. The analyzed columns had rectangular cross sections, with dimensions of 250 x 120 mm. All the specimens had a concrete strength under compression of approximately 40 MPa, with a longitudinal reinforcement ratio of 1.57 %. The load eccentricity, applied at the minor inertia direction, was considered as the major variable in the experiments. Results of ultimate loads, failure types, cracking distribution, horizontal displacements, concrete and reinforcement strains are presented and analyzed, along with results obtained with two computer programs, with modified parameters matching the conducted tests. Fragile failures were observed in the columns under compression. In the remaining specimens, concrete rupture with a combined axial load and bending occurred at the mid span. The test setup was proven to be adequate and it is recommended for future studies. An exponential estimative for the ultimate relative load was achieved, being a function of the relative eccentricity, providing a good agreement with the analyzed results. Numerical results achieved with the computer programs provide a good estimative of the experimental values and are recommended for analyses of structural elements having at least one symmetry axis, under combined axial load and bending. Polynomial approximations of the third degree for the ultimate load of columns with slenderness ratios of 92.7, 71.5 and 52.5, with reinforcement ratios of 0.196 and 0.131 were established. Simplified methods of second order analysis of design code ABNT NBR 6118:2003 present a good estimative of the ultimate load, providing ratios close the unity when compared to experimental values, while approximate methods of ACI 318:2002 and MCCEB (1990) codes underestimate these values.

Este trabalho define um ambiente que auxilia o usuário a determinar as raízes complexas de um polinômio, dados apenas seus coeficientes complexos. Para tanto é definida uma interface que habilita a comunicação e a apresentação de resultados de forma mais expressiva do que as habitualmente usadas, permitindo que o usuário perceba mais rapidamente as informações que a ferramenta lhe apresenta. Para capacitar o usuário a determinar as soluções o sistema faz uso de uma abordagem baseada em imagens, obtidas a partir da interpretação do polinômio sendo estudado como se fosse uma superfície originada por uma função de dual variáveis. Através do uso de imagens o usuário pode orientar o sistema para determinar as soluções de seu interesse particular, e pode adicionalmente perceber de forma muito clara detalhes do polinômio que não são apresentados por outras ferramentas. São definidas operações que facilitam a manipulação das imagens obtidas, podendo-se efetuar uma serie de computações que eventualmente dispensam os métodos de determinação numérica de raízes, obtendo-se de uma forma alternativa possíveis aproximações para as soluções. Esta abordagem apoiada em imagens é muito útil na determinação de raízes em regiões onde a avaliação do polinômio se mostra instável ou sujeita a erros grosseiros, como por exemplo raízes múltiplas. Quando são geradas imagens pode ser percebida claramente a presença de erros de avaliação, permitindo que o usuário tome a atitude que julgar adequada. Outros sistemas não permitem que tais instabilidades sejam notadas, fornecendo respostas que podem lido ter qualquer nexo com a realidade. Para uso na ferramenta que implementa a solução proposta, existe uma serie de comandos definidos que capacitam o usuário a fazer quaisquer operações de seu interesse. Estes comandos foram já testados no período da implementação do sistema e permitem que sejam feitas operações sobre o polinômio, as imagens geradas e as raízes determinadas. Em todo o projeto do sistema existe a preocupação de tornar claro o que está acontecendo a cada momento com o polinômio ou com os dados dele obtidos, para que o usuário não se canse em demasia, seja interpretando dados do sistema ou procurando decidir o que fazer em seguida. Assim, o use da ferramenta d bastante natural, e tenta atingir a intuição daqueles que a irão usar. Exemplos são apresentados, bem como descrições dos comandos utilizados na interface. De especial interesse são os algoritmos usados na construção das imagens, pois estes permitem uma grande economia nas avaliações do polinômio quando da geração das cenas, reduzindo sobremaneira o tempo de espera do usuário. Quanto as imagens, são fornecidos três tipos de representações: imagens coloridas em duas dimensões, curvas de nível e curvas de sinal. O uso de três dimensões nas imagens foi descartado, e as razões para tanto estão descritas no texto. Todos os tipos de imagens permitem que se determine e identifique com facilidade as soluções desejadas, e são construídas a partir de uma transformação sobre o polinômio original. Esta transformação é explicada em detalhe no transcorrer do texto. / This work describes an environment that helps the user to find the complex solutions of a polynomial, given its coefficients. To do so, a quite expressive user interface is defined providing easy communication between man and machine and also allowing users to perceive much more rapidly the informations given by the tool. The system uses an image-based interface, obtained from a two-variable surface defined by the polynomial. By using these pictures, it is possible to direct the tool, finding any solutions of special meaning to the user. In addition, some details and features of the polynomial can be very easily seen. To manipulate images a set of operations was defined, and this set has so many features that the use of some operations can even avoid the effort of numerically computing the zeros of the polynomial, also reducing the numerical error embedded in these computations. This image-based approach is very useful when finding domains where the evaluation of the polynomial is unstable or prone to errors, e. g., near multiple roots. In pictures, any evaluation problems are easily detected, and the user can decide how to take the answers given by the system. Other tools usually do not provide any means to detect such behavioral oscillations, and can give nonsense answers. There is a set of commands embedded on the tool that implements the proposed solution, and they allow the user to perform any operations of his (her) interest. Such commands were tested at implementation time, and all were useful at some moment. They perform operations on the polynomial, on the pictures and on the detected zeros. All over the design phase there was the care of making clear what is happening to the polynomial or any data, so that the user can always work without being stressed by trying to find out what is happening. So, we try to build a natural approach to this interfacing problem, trying to reach user's intuition. Examples and descriptions of the commands are given, and also there is a description of a quite important algorithm, the one that builds the pictures themselves. This algorithm needs quite few evaluations of the function to generate pictures, thus reducing the waiting times. For the images, there are three presentation types: color images in two dimensions, height curves or signal curves. Three-dimensional pictures were discarded, and the reasons to such decision are described on the text. All kinds of images provide easy and simple identification of solutions. The images are produced from a simple transformation of the starting polynomial. This transformation is also explained in detail.

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