[pt] Com base nas equações de Donnell para cascas abatidas, estudam-se as vibrações não-lineares e a instabilidade dinâmica de cascas cilíndricas carregadas axialmente, considerando o efeito simultâneo de cargas estáticas e harmônicas. Para isto, o problema é primeiro reduzido a um sistema finito de graus de liberdade usando o método de Galerkin. O sistema de equações diferenciais de movimento não-lineares é resolvido através do método de Runge-Kutta. Na análise do fenômeno de acoplamento modal foi usado um modelo com dois graus de liberdade, que reflete de maneira consistente o comportamento pós-crítico inicial da casca. Os resultados obtidos com esse modelo simplificado foram comparados com diversas modelagens encontradas na literatura, permitindo assim aferir o modelo utilizado. Para o estudo da interação modal, escolheram-se três modelos distintos com freqüências e cargas críticas próximas ou semelhantes. Para estudar o comportamento não- linear da casca, diversas estratégias numéricas foram usadas para se obter os mapas de Poincaré, expoentes de Lyapunov, pontos fixos estáveis e instáveis, diagramas de bifurcação e bacias de atração. Particular atenção foi dada a dois fenômenos de instabilidade dinâmica que podem ocorrer sob estas condições de carregamento, a saber: excitação paramétrica dos modos de flexão e escape da bacia de atração pré-flambagem. Os cálculos foram realizados nas regiões principal e secundária de instabilidade paramétrica associadas com a menor freqüência natural da casca. Mostra-se de forma detalhada a determinação dos limites de instabilidade no espaço de controle e a identificação dos mecanismos de escape relacionados com estes limites. Os resultados mostram a importância do acoplamento e da interação modal na solução pós-crítica e no comportamento dinâmico não-linear de cascas cilíndricas. / [en] Based on Donnell shallow shell equations, the nonlinear vibrations and dynamic instability of axially loaded circular cylindrical shells under both static and harmonic forces are analyzed. For this, the problem is first reduced to that of a finite degree-of-freedom system by the Galerkin method. The resulting set of coupled non-linear ordinary differential equations of motion is, in turn, solved by the Runge-Kutta method. For the study of modal coupling, a 2 DOF model was used that describes consistently the initial post-buckling behavior of the shell. This model was compared favorably with others found in literature. For the analysis of modal interaction three different models were used considering shells with close or equal frequencies and critical loads. To study the non-linear behavior of the shell several numerical strategies were used to obtain Poincaré maps, Lyapunov exponents, stable and unstable fixed points, bifurcation diagrams and basins of attraction. Particular attention is paid to two dynamic instability phenomena that may arise under these loading conditions:parametric excitation of flexural modes and escape from the pre-buckling potential well.Calculations are carried out for the principal and secondary instability regions associated with the lowest natural frequency of the shell. Special attention is given to the determination of the instability boundaries in control space and the identification of the bifurcational events connected with these boundaries. The results also clarify the importance of modal coupling and modal interaction to the post-buckling solution and non-linear dynamic behavior of cylindrical shells.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-07-28T15:15:38Z No. of bitstreams: 1 131564.pdf: 2216439 bytes, checksum: 1e20113fefe1d3fd1ef5ba479d73ea8f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T15:15:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 131564.pdf: 2216439 bytes, checksum: 1e20113fefe1d3fd1ef5ba479d73ea8f (MD5) Previous issue date: 1973-01 / A análise linear, estática de cascas axissimétricas submetidas a carregamento com simetria axial é efetuada, utilizando-se o método dos elementos finitos. Desenvolve-se para este fim um elemento finito de casca, de forma tronco-cônica, tirando-se proveito da simetria da estrutura. A consideração de mais três graus de liberdade, tomados no meio do elemento, possibilita a adoção de funções deslocamento mais refinadas. A influência dos anéis de rigidez é considerada. Um elemento de placa circular, com um único nó, é utilizado para contornar as singularidades que aparecem no tratamento de cascas fechadas. Um programa automático de cálculo, utilizando o elemento desenvolvido, é elaborado. Alguns exemplos são resolvidos com o uso deste programa, e os resultados obtidos são comparados com as soluções analíticas correspondentes. / The static linear analysis of axi-symmetric shells under axially symmetric loading is done by the finite element method. For this purpose a truncated cone element is used to take advantage of the symmetry or the structure. Three interior degrees of freedom are introduced for each element, resulting in improved displacement functions. The effect of stiffness rings is taken into account. A circular plate element with one node, is used to handle the singularities with appear when dealing with closed shells. A computer program based on the cone element was prepared. Some examples are solved using the program and the results are compared with those of available analytical solutions.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-25T16:57:39Z No. of bitstreams: 1 149328.pdf: 2070634 bytes, checksum: a0453c4758e814392942dccb82e57363 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-25T16:57:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149328.pdf: 2070634 bytes, checksum: a0453c4758e814392942dccb82e57363 (MD5) Previous issue date: 1978-12 / É apresentado o desenvolvimento de um elemento finito de modelo misto, cujas incógnitas fundamentais são tensões e deslocamentos, para resolver, no caso mais geral, casca espessa de forma arbitrária. A análise é linear e baseada na Teoria da Elasticidade. O elemento finito em questão é um elemento isoparamétrico tridimensional quadrático degenerado que leva em conta as deformações ocasionadas pelos esforços cortantes transversais. Foi elaborado um programa computacional em linguagem ALGOL, cuja listagem é apresentada no apêndice, capaz de resolver problemas de cascas, flexão de placas e de estado plano de tensões, considerando diferentes tipos de carregamentos e efeitos provocados por variação de temperatura. O comportamento deste elemento na convergência de resultados é analisado com relação às influências, dentre outras, do número de pontos de integração e das prescrições das condições de contorno. / This paper presents the development of a mixed finite element for analysis of thick shells of arbitrary shape, in the most general case. The fundamental unknowns are stresses and displacements. The analysis is linear and is based on the Theory of Elasticity. The finite element at issue is a degenerated quadratic tridimensional isoparametric, and takes into consideration the transverse shearing deformations. Listing of the ALGOL program is included in the appendix. The computer program treats shells, plate bending and plane stress problems, considering different kinds of loads and effects of temperature changes. The convergence behaviour of this element is analysed, among others, with regard to the influence of the number of integration points and of the prescribed boundary conditions.

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-29T12:38:53Z No. of bitstreams: 1 149247.pdf: 3252969 bytes, checksum: 1a358cf80d1949d5670de087b9e442de (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-29T12:38:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 149247.pdf: 3252969 bytes, checksum: 1a358cf80d1949d5670de087b9e442de (MD5) Previous issue date: 1978-11 / O presente trabalho tem por objetivo a análise dinâmica linear de cascas finas arbitrárias pelo método dos elementos finitos. São utilizados elementos triangulares planos com dezoito graus de liberdade. As equações gerais de movimento são obtidas a partir do Princípio de Hamilton e resolvidas pela aplicação do Método de Superposição Modal, podendo-se considerar a atuação de amortecimento viscoso por meio de percentagens do amortecimento crítico. Elaborou-se um programa automático em linguagem FORTRAN IV para o computador BURROUGHS B-6700, que permite obter as propriedades vibratórias e a resposta dinâmica a diversas solicitações de caráter determinístico, inclusive gradientes térmicos. Apresenta-se, por fim, alguns exemplos numéricos. / The main purpose of this work is to study the linear dynamic behavior of arbitrary thin shells by the Finite Element Method. Plane triangular elements with eighteen degrees of freedom each are used. The general equations of movement are obtained from the Hamilton Principle and solved by the Modal Superposition Method. The presence of a viscous type damping can be considered by means of percentages of the critical damping. An automatic computer program was developed to provide the vibratory properties and the dynamic response to several types of deterministic loadings, including temperature effects. The program was written in FORTRAN IV for the BURROUGHS B-6700 computer. Finally, some numerical examples are presented.

Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2017-12-14T14:58:49Z No. of bitstreams: 1 Tese Sheila Montipo.pdf: 194374 bytes, checksum: b1a6223393ea0c17e2d4cb2e30405652 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-14T14:58:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Sheila Montipo.pdf: 194374 bytes, checksum: b1a6223393ea0c17e2d4cb2e30405652 (MD5) Previous issue date: 2017-12-14 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS.

Resumo: Este trabalho trata da inclusão de pilares numa formulação do Método dos Elementos de Contorno para análise linear de pavimentos de edifícios. Inicialmente é apresentada a formulação para análise do pavimento sujeito à flexão simples, onde o pavimento é modelado por uma placa composta por sub-regiões de diferentes rigidezes, sendo cada sub-região a representação de uma viga ou laje. Nesse modelo as forças de superfície são eliminadas das interfaces e todas as sub-regiões são representadas por suas superfícies médias. Então, a fim de reduzir o número de graus de liberdade do problema, aproximam-se os deslocamentos ao longo da largura da viga, obtendo-se um novo modelo em que as variáveis ficam definidas ao longo dos eixos das vigas ao invés de seus contornos. Em seguida, introduz-se o efeito de membrana nessa formulação para que se possa fazer a análise do pavimento sujeito à flexão composta, isto é, representando todas as sub-regiões por uma mesma superfície de referência. Nesse modelo considera-se aproximação linear para as forças de membrana ao longo da largura das vigas. Finalmente, estendem-se essas formulações para análise de pavimentos de edifícios com pilares, através da inclusão de pontos do domínio com carregamentos prescritos, que são escritos em termos das reações do pilar sobre a placa. Os esforços de flexão do pilar sobre a placa são escritos em termos da tensão uniformemente distribuída sobre a seção transversal do pilar e os esforços de membrana são escritos em termos de linhas de carga atuando na seção transversal do pilar. / Abstract: This work deals with the inclusion of columns in a formulation of the Boundary Element Method (BEM) for linear analysis of building floors structures. Initially it is presented the BEM formulation for analyzing building floors subjected to simple bending, where the floor is modeled by a plate divided into sub-regions of different rigidities, being each sub-region the representation of either a beam or slab. In this model the tractions are eliminated on the interfaces and all the sub-regions are represented by their middle surfaces. Then, in order to reduce the number of degrees of freedom, some approximations for the displacements are adopted along the beam width, leading to a model where the values are defined on the beam axis, instead of its boundaries. Then the membrane effects are introduced into this formulation in order to represent all sub-regions by a same reference surface. In this model are assumed linear approximation for the in-plane tractions along the beam cross section. Finally, those formulations are extended in order to consider columns in the plate domain. This is done by considering domain points with prescribed loadings which are written in terms of the column reactions on the plate. The columns bending reactions are written in terms of a stress uniformly distributed over the column cross section and the membrane forces are written in terms of loading lines acting in the column cross section. / Orientador: Gabriela Rezende Fernandes / Coorientador: Rogério de Oliveira Rodrigues / Banca: Luiz Carlos Facundo Sanches / Banca: Carlos Humberto Martins / Mestre

O Brasil destaca-se como o sétimo produtor mundial de fundidos, com mais de 30 empresas de microfusão localizadas nas regiões Sul e Sudeste do país eum dos grandes desafios é a gestão dos resíduos, entre eles, a casca cerâmica. Para a mitigação dos seus impactos é necessário o uso de técnicas de reciclagem que combinem desenvolvimento técnico com proteção ao meio ambiente e utilize a construção civil, mais especificamente o concreto, como fonte de incorporação do resíduo de casca cerâmica. Para isso, foi estudado o resíduo como agregado graúdo e miúdo em comparação com a areia e a brita 0. A massa específica do agregado seco e a massa unitária dos agregados foram avaliadas, sendo que o resíduo apresentou uma pequena redução para ambos os casos. A absorção de água foi maior para o agregado reciclado. O agregado miúdo reciclado apresentou resultados maiores para o módulo de finura e a massa específica. O índice de forma do agregado graúdo reciclado apresentou melhores resultados do agregado natural. Para avaliação do comportamento do resíduo no concreto foi utilizado o método de dosagem do IPT EPUSP. A relação água/cimento aumentou com a incorporação do resíduo Ainda, houve redução do consumo de cimento com o resíduo incorporado. As adições com até 75% de substituição do agregado graúdo apresentaram maior resistência à compressão axial comparado ao concreto convencional e, quanto maior a relação a/c menor a resistência à compressão obtida.Para o concreto em estado endurecido a absorção de água aumentou com a adição de resíduo. O índice de vazios do concreto aumenta com a incorporação de resíduo na mistura. A incorporação de resíduo aumenta a massa específica real e da amostra seca das dosagens até a substituição de 50% do agregado graúdo e após esta, tem-se uma pequena redução nestes parâmetros. A espessura carbonatada aumentou com a idade e as dosagens até 50% de adição do agregado graúdo apresentaram valores menores do que o concreto convencional. Palavras-chave: Casca cerâmica, concreto, resíduo, agregado reciclado. / Brazil stands out as the seventh world-wide producer of castings, with more than 30 microfusion companies located in the South and Southeast regions of the country and one of the great challenges is waste management, among them the ceramic shell. To mitigate its impacts, it is necessary to use recycling techniques that combine technical development with protection of the environment and use civil construction, specifically concrete, as a source of incorporation of the residue of ceramic shell. For this, the residue was studied as a large aggregate and small compared to sand and gravel 0. The specific mass of the dry aggregate and the unit mass of the aggregates were evaluated, and the residue presented a small reduction for both cases. The water absorption was higher for the recycled aggregate. The recycled kid aggregate presented higher results for the modulus of fineness and the specific mass. The shape index of the recycled aggregate presented better results from the natural aggregate. To evaluate the behavior of the residue in the concrete, the IPT EPUSP dosing method was used The water / cement ratio increased with the incorporation of the residue. Also, there was a reduction of the cement consumption with the incorporated residue. Additions with up to 75% of the large aggregate substitution showed greater resistance to axial compression compared to conventional concrete, and the higher the a / c ratio the lower the compressive strength obtained. For concrete in the hardened state the water absorption increased with the addition of residue. The void content of the concrete increases with the incorporation of residue into the mixture. Residue incorporation increases the actual specific mass and the dry sample of the dosages up to the replacement of 50% of the large aggregate and after this, a small reduction in these parameters is observed. The carbonate thickness increased with age and the dosages up to 50% addition of the coarse aggregate presented lower values than the conventional concrete.

Em doze anos de atuação profissional no desenvolvimento de projetos específicos para a indústria sucro-alcooleira, observou-se a pouca informação encontrada para o projeto de equipamentos utilizados neste setor, sendo de grande utilidade aos profissionais que nele atuam, algo introdutório, para auxiliar na análise estrutural de reservatórios metálicos elevados utilizados na fabricação de açúcar e álcool. Objetivou-se, utilizar a teoria de estruturas em casca de revolução e programa \"comercial\" de análise de estruturas por elementos finitos, como ferramentas, no cálculo estrutural de cascas cilíndrica e cônica que compõem um equipamento com dimensões \"típicas\" utilizadas na área de processos da indústria sucro-alcooleira. O estudo de forma comparativa com o método dos elementos finitos permitiu calibrar a solução teórica aproximada desenvolvida. As equações obtidas, para cascas cilíndricas e cônicas com bordas engastadas ou apoiadas fixas sob a ação de pressão hidrostática, podem ser utilizadas para prever o seu comportamento estrutural, desde que observadas hipóteses e recomendações básicas. Mesmo distantes da simulação do comportamento real das cascas, já que em campo, encontram-se inúmeros outros parâmetros não considerados neste trabalho, procurou-se apresentar um melhor esboço do comportamento estrutural das mesmas com equacionamento acessível aos engenheiros não acadêmicos envolvidos com problemas de projeto estrutural. / In twelve years of professional performance in the development of specific projects for the sugar and alcohol industry, the little information for equipments used in this sector design was observed, and it would be of great usefulness to the design engineers of this area, something introductory in the structural analysis of elevated steel tanks used in the production of sugar and alcohol. This work had as objective to use the shell of revolution theory and \"commercial\" programs for finite element analysis of structures, as tools, in the calculation of cylindrical and conical shells that compose a typical \"dimensions\" equipment used in the sugar industry processes area. The study in a comparative way with the finite elements method allowed to gauge the approximate theoretical solution developed. The equations developed for cylindrical and conical shells with fixed or supported borders under liquid pressure action, can be used to anticipate the structural behavior of the same ones, since fundamental hypotheses and basic recommendations wil have observed. In spite o f far from the real behavior simulation of the shells, because of the countless others in field parameters existence and that had not considered in this work, we tried to present a better sketch of the structural behavior of the shells with useful equations for the non academics\' engineers involved with structural design problems.

Coberturas em casca de concreto apresentam bom desempenho estrutural, desde que a forma de sua superfície média seja adequada para resistir predominantemente com esforços de membrana ao carregamento atuante. Atualmente, é possível utilizar-se métodos numéricos para determinar a forma mais adequada de uma casca para carregamentos de naturezas diversas e várias condições de apoio, projetando-se cascas com forma livre. Uma das grandes dificuldades para aplicação dessas estruturas consiste em compatibilizar um processo executivo adequado para moldagem de formas livres, que têm características geométricas muito complexas. A utilização de processo executivo de construção tipo sanduíche, com concreto ou argamassa projetados, é vista neste trabalho como uma alternativa para a viabilização dessas estruturas. Propõe-se definir procedimentos para o projeto de cascas com forma livre, utilizando-se recursos computacionais para definição da forma e análise da estrutura, e um método construtivo adequado a esse tipo de estrutura. Apresentam-se os resultados de geração de formas livres com métodos numéricos disponíveis, bem como parâmetros que podem auxiliar na aplicação dessas formas livres em projetos de coberturas em casca, baseados em resultados numéricos de análise dessas estruturas. São descritas as experiências de execução de dois protótipos de cobertura em casca, com aplicação de argamassa em núcleo de material leve, posicionado entre telas de aço moldadas na forma de membranas pênseis invertidas. Apresentam-se os resultados obtidos em prova de carga de um dos protótipos executados, bem como comparações desses resultados com os obtidos em modelos numéricos, comprovando-se o bom desempenho da estrutura, mesmo sendo a seção formada por duas faces finas sem conexão rígida. Acredita-se que o procedimento executivo proposto para moldagem de cascas com forma livre pode, com pequenas melhorias, ser utilizado na execução de estruturas semelhantes, mesmo com dimensões maiores, compondo-se, dessa maneira, um processo tecnológico viável. / Concrete shell roofs are very efficient structures when designed to support the loads mainly by membrane forces. Nowadays, there are numerical methods that can be used to determine the suitable shell shape, once it is given the loading and the boundary conditions, with a great variety of these parameters, thus creating the so called free form shells. When applying these shell shapes at practical situations, using conventional concrete construction technology, problems appear because of their very complex geometrical characteristics. Sandwich type construction and shotcrete have been seen in this work as alternatives to solve many construction problems involved with free form shell construction. It is propposed that conceptual design of free form shells, with basis on computational methods, be applied together with a adequate construction method to define a design methodology. Results of the application of numerical methods for shell shape generation are presented, as well as data that can be used when apllying these shell shapes in roof design. Two prototypes were built by applying mortar on ligthweight curved panels fixed between two steel meshs. The results of a loading test performed on one of these prototypes are described and compared with those obtained in a numerical simulation. The prototype proved to be so stiff, beware the fact that the thin faces of the sandwich section did not have rigid shear connections. One believes that there are sufficient data to ensure that the proposed construction method is very suitable to cast free form shell roofs and so it can be used, with few improvements, even on large span structures.

Orientadores: Éder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-17T22:45:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jesus_LuisJorgeMesquitade_M.pdf: 1796735 bytes, checksum: 6940006eed6b069648feb5d4a3761d3f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação do método dos elementos de contorno para o cálculo de deslocamentos em cascas abatidas de materiais compósitos laminados simétricos. A formulação desenvolvida baseia-se no acoplamento da formulação de elasticidade plana (formulação de membrana) e da formulação de placas finas (placas de Kirchhoff ou teoria clássica de placas). Os efeitos da curvatura são considerados como forças de corpo nas duas formulações, gerando integrais de domínio. Ambas as formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática. As integrais de domínio provenientes de forças de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (MIR). No MIR duas funções de base radiais são usadas como funções de aproximação nas integrais de domínio ou de força de corpo, neste trabalho. O uso do MIR propicia que apenas o contorno seja discretizado. É feita uma análise da sensibilidade do MIR em relação ao número de pontos de integração. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura / Abstract: This work presents a formulation of the boundary element method for the analysis of symmetric laminated composite shallow shells. The formulation developed in this work is based on the coupling of plane elasticity formulation (membrane formulation) and thin plate formulation (Kirchhoff plates or classical theory of plates). Curvature effects are considered as body forces in the formulation, generating domain integrals. Both formulations use elastostatic fundamental solutions. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM two radial basis functions are used as approximation functions in the domain integrals or body forces, in this research. The use of RIM propitiates just the boundary be discretized. It is analysed the sensibility of the RIM with the number of integration points. Numerical results show good agreement with results available in literature / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica