Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica e Gestão Industrial. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior de Engenharia do Porto. Instituto Politécnico do Porto. 2009

Orientador: Paulo José Paupitz Gonçalves / Banca: Marcos Silveira / Banca: Carlos de Marqui Junior / Resumo: Um sistema de tensegrity é composto por dois tipos de elementos, elementos de tração e compressão, os quais promovem a estabilidade estrutural do sistema, neste trabalho as partes de tração são cabos (cabos de aço), e as partes compressivas são barras de aço. Uma característica atrativa de uma estrutura de tensegridade é a capacidade de ser retrátil, por esta razão, é interessante para aplicações espaciais devido ao pequeno volume que ocupa um possível transporte para uma estação espacial. Em geral, essas estruturas podem ser grandes com muitas células repetitivas. Neste trabalho, estuda-se uma estrutura de tensegrity composta por dez células periódicas de barras e cabos. O modelo matemático, obtido pelo método dos elementos finitos, é validado experimentalmente considerando o caso de uma célula estrutural. Para tornar o sistema adaptável à excitação externa, um dos cabos de aço na célula elementar é substituído por um fio de liga de memória de forma (SMA) que permite que as características dinâmicas do sistema sejam alteradas de acordo com uma corrente elétrica aplicada no SMA, para que através do efeito Joule a liga seja aquecida. Diferentes configurações para a colocação do cabo SMA são estudadas com o objetivo de reduzir as amplitudes de vibração para uma excitação de força harmônica. / Abstract: A tensegrity system is composed by two types of elements, tensile and compressive parts, which promotes the structural stability of the system, in this case the tensile parts are cables (steel cables), and the compressive parts are bars, in this work made of steel. An attractive characteristic of a tensegrity structure is the capability to be deployable, for this reason, is interesting for space applications due to the small volume that it occupies in a possible transport to a station outside the Earth. In general, these structures can be large with many repetitive cells. In this work, a tensegrity boom structure consisting of ten periodic cells made of bars and cables is studied. The mathematical model, obtained by finite element method is validated experimentally considering the case of one structural cell. In order to make the system adaptable to external excitation, one of the steel cables in the elementary cell is replaced by a SMA (shape memory alloy) wire (Nitinol) allowing the dynamics characteristics of the system to be changed according to an electrical current applied to the SMA, to heat the alloy through Joule effect. Different configurations for placing the SMA cable are studied with the objective of reducing the vibration amplitudes for harmonic force excitation. / Mestre

Orientador: Fernando Iguti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arcaro_ViniciusFernando_D.pdf: 21746782 bytes, checksum: 85e16f75faf1ede316edf57c4fb26e90 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho considera dois tipos de coberturas tridimensionais: treliça espacial e rede de cabos, focalizando na formulação exata do tratamento teórico de hastes quando sujeitas a grandes mudanças na geometria. No caso de treliça espacial, apresenta urna heurística para o dimensionamento de mínimo peso de treliças espaciais constituídas por tubos cilíndricos de aço. A estratégia de mínimo peso significa um esforço para minimizar o custo deste tipo de treliça que é bastante comum na prática da engenharia civil. Nos subproblemas de cálculo de equilíbrio, o surpreendente desempenho do método quase Newton sem memória é revelado quando comparado com os métodos quase Newton e Newton. Uma aplicação da heurística a um caso real envolvendo milhares de deslocamentos e milhares de barras é apresentado. No caso de rede de cabos, proporciona um guia realista seguro sobre o comportamento de sistema estruturais com rede de cabos. A formulação matemática é especialmente adequada para modelar a etapa de tensionamento que é geralmente necessária nas tenso estruturas. Os resultados de um modelo experimental de rede de cabos tensionados, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada em vigas rígidas retas, são comparados com os resultados do modelo teórico. Um caso real é analisado, onde a estrutura é urna rede de cabos de aço, na forma de um parabolóide hiperbólico, ancorada num anel de concreto, cujo eixo projeta uma elipse no plano horizontal / Abstract: This work considers two types of tridimensional roofs: space truss and cable network, focusing on exact formulation in the theoretical treatment of stems when subjected to large changes in geometry. In case of space truss, it presents a heuristic to minimum weight design of space trusses composed of steel cylindrical tubes. The minimum weight strategy means an effort to minimize the cost of this type of truss, which is very common in the civil engineering practice. In sub-problems of equilibrium calculation, the surprising performance of the memoryless quasi Newton method is revealed when compared to the quasi Newton and Newton methods. An application of the heuristic to a real case encompassing thousands of displacements and thousand of members is presented. In case of cable network, it provides a sound practical guidance on the behavior of cable structural systems. The mathematical formulation is specially suited to model the tensioning stage, which is generally necessary in tension structures. The results from an experimental model of a tensioned cable network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at straight rigid beams, are compared with the results from the theoretical model. A real case is analyzed, where the structure is a steel cables network, in the shape of hyperbolic paraboloid, anchored at a concrete ring bearn, whose axis projects an ellipse in the horizontal plane / Doutorado / Mecanica Computacional / Doutor em Engenharia Mecânica

Esta dissertação trata das metodologias de busca da forma (form finding) aplicadas a sistemas estruturais de cabos de aço retesados, destacando aquelas que foram amplamente utilizadas pelo arquiteto alemão Frei Otto: modelos físicos de correntes e molas e o método numérico das Densidades de Forças. O método de Relaxação Dinâmica, as soluções gráficas, modelos de correntes e pesos, assim como os de películas de sabão, também foram analisados de modo breve. O trabalho objetivou examinar as singularidades de tais metodologias de concepção estrutural. Tarefa que foi realizada, em primeiro lugar, por meio da revisão da literatura crítica acerca do emprego e do desenvolvimento das tecnologias de sistemas de cabos de aço retesados. Em seguida, partindo das obras examinadas, simulou-se quatro situações de projetos de estruturas retesadas, que foram executadas através da construção de modelos físicos e numéricos. As maquetes físicas foram construídas por meio de modelos de correntes e molas, e tiveram o intuito de fornecer dados de ordem qualitativa acerca do comportamento estrutural. As representações digitais, por sua vez, foram desenvolvidas com o método das Densidades de Forças, por intermédio do software Rhinoceros e do seu plug-in Grasshopper. Elas permitiram avaliar critérios quantitativos, como precisão, conformidade e eficiência. Por fim, os resultados obtidos através dos modelos físicos foram comparados aos experimentos digitais, com o intuito de analisar as especificidades de cada alternativa, buscando compreender as vantagens e limites de suas aplicações práticas. / This work presents two form finding methodologies applied to steel cable structures, physical model with springs and Force Density Method, both widely used by Frei Otto and his team. Other techniques are also studied; e.g. chains models, soap film models, graphic solutions and Dynamic Relaxation Method. Firstly, the historical developments of form-active structures were listed, together with a series of projects that became technical and conceptual milestones in the Brazilian and international scenario. Secondly, the process of manufacturing two form finding models is reported, one physical spring model and one numerical Force Density Method performed with computer-aided design (CAD) application Rhinoceros and its plug-in Grasshopper. Both models were carried out aiming to investigate their advantages and limits. Lastly, four experimental case studies were selected, based on projects studied in the first phase of this work. Diverse typologies and boundary conditions were chosen for comparative evaluation of the qualitative physical model and the numerical one. The appraisal of the modeling techniques\' efficiency and robustness levels was done through analysis of the differences between nodes\' coordinates and bars\' lengths obtained through each method.

Orientador: Eduardo Norberto Codaro / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo avaliar o efeito da corrosão atmosférica marinha sobre os aços ASTM Grau 80, Grau 100 e Grau 120, que são utilizados na montagem de lingas de corrente destinadas à movimentação de cargas. Os problemas atribuídos à deterioração desses materiais são comuns e frequentes, pois basicamente em todos os ramos da atividade econômica há materiais que necessitam ser transportados. E para analisar o comportamento destes aços frente à corrosão, foram realizados ensaios eletroquímicos e ensaios de imersão por perda de massa utilizando uma solução contendo NaCl a 3,56% (em massa) que simula a atmosfera marinha em ambientes laboratoriais. Os resultados dos ensaios de OCP (Potencial em Circuito Aberto) e de Polarização de Tafel revelaram que o processo de corrosão é controlado pela difusão de O2 dissolvido neste meio. Pode-se concluir que os valores de OCP e de Ecorr (potencial de corrosão) obtidos foram muito similares entre si para todas as regiões do elo analisadas (solda, corpo e deformação). A região do corpo demonstrou maior resistência à corrosão, obtendo os maiores valores médios de resistência de polarização (Grau 80: 10,14 kΩ; Grau 100: 12,61 kΩ; e Grau 120: 11,74 kΩ). As densidades de corrente de corrosão (Icorr) observadas são baixas e da mesma ordem de magnitude (abaixo de 7µA/cm2). Nos ensaios de imersão, observou-se que a perda de massa relativa das amostras, após os 10 dias de permanência na solução, foi mínima (entre 0,05 e 0,08 %/cm2), i... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre