A construção de linhas de transmissão são obras de grande impacto ambiental e requerem grandes investimentos financeiros. Este projeto de pesquisa, visa por meio de ensaios de laboratório, conceber uma ferramenta sistêmica para o aperfeiçoamento do método de determinação da fluência em cabos condutores de energia e OPGW (Optical Ground Wire), que tem sido utilizada no Brasil durante os últimos 30 anos, e analisar os efeitos na construção das linhas aéreas de transmissão. Visa também, proporcionar ganhos de confiabilidade ao sistema de transmissão de energia elétrica, pois o projeto, a construção, a operação e a manutenção de linhas de transmissão dependem de parâmetros de desempenho mecânico dos condutores. Conclui–se que a metodologia de ensaio proposta proporciona resultados finais mais confiáveis quando comparado com o atual procedimento normatizado, utilizado no Brasil, e sua utilização em projetos de linhas aéreas de transmissão de energia podem reduzir custos de construção, aumentar a ampacidade das linhas já existentes, bem como, diminuir os riscos ao a que pessoas estão sujeitas quando expostas a campos elétricos e eletromagnéticos gerados por linhas de transmissão. / Overhead Transmission Line construction projects have a great environmental impact and require a large financial investment. This research aims, through laboratory tests, to improve the method of determining the creep of power cables and OPGW (Optical Ground Wire) that has been utilized in Brazil for the last thirty years, as well as analyze the effects on the construction of overhead transmission lines. It will provide greater reliability to the overhead transmission line system, since the design, construction, operation and maintenance of transmission lines depend on the mechanical performance of the conductors. In conclusion, the proposed methodology provides more reliable final results compared to the current standardized procedure and its use in overhead transmission line projects could reduce construction costs, increase the ampacity, as well as reduce the risks to which people are subject when exposed to electric and electromagnetic fields generated by power lines.

CNPq / As transformações que as indústrias vêm passando são uma representação de um novo período industrial também conhecido como Indústria 4.0. Neste cenário de inovações, os conceitos relacionados à Manufatura Inteligente fazem com que haja uma busca constante pela captura do conhecimento visando aprimorar a eficiência de produtos e processos. Portanto, alterações no projeto de produtos voltadas para a melhoria da confiabilidade devem ser realizadas nas etapas inicias do Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) para que os impactos técnicos e econômicos sejam reduzidos. É neste contexto que a abordagem Design for Reliability (DfR) surge como o conjunto de atividades que tem como intuito garantir a confiabilidade de um produto durante todas as etapas do seu ciclo de vida. Analisando as pesquisas mais recentes acerca do assunto e informações fornecidas por uma empresa de maquinários agrícolas, observou-se que em nenhum caso houve uma implementação do DfR nas etapas iniciais do PDP para determinação do plano de testes a partir do perfil de uso de algum produto. Dessa forma, estabeleceu-se o objetivo desta pesquisa de acordo com a elaboração de um método, baseado em um modelo ontológico, que permita a determinação do plano de testes eficaz e adequado às características de uso dos produtos. Para que esse método fosse desenvolvido, a abordagem metodológica Design Science Research (DSR) foi adotada. Dessa maneira, seis etapas tiveram de ser percorridas: 1) identificação do problema e motivação; 2) definição dos objetivos e solução; 3) projeto e desenvolvimento; 4) demonstração; 5) avaliação e 6) comunicação dos resultados. A solução reproduzida atende as necessidades dos usuários por ser um método eficiente e de simples execução, bem como aprimora a confiabilidade dos produtos ao longo do ciclo de vida. Este trabalho pode ser aplicado no processo de criação de diversos produtos trazendo vantagens significativas para empresas. / The transformations that the industries are currently facing represent a new industrial period also known as Industry 4.0. In this scenario of innovations, concepts related to Smart Manufacturing make a constant search for knowledge capture to improve the efficiency of products and processes. Therefore, changes in product design aiming the improvement of reliability should be undertaken from the early stages of the New Product Development process (NPD) to reduce technical and economical impacts. It is in this context that the Design for Reliability (DfR) approach emerges as the set of activities that aims to ensure the reliability of a product during all stages of its life cycle. Analyzing the most recent research on the subject and some information provided by an agricultural machinery company, it was not observed any case of implementation of DfR in the initial stages of the NPD to determine the test plan taking into consideration the product usage profile. Thence, the main goal of this research was established according to the elaboration of a method, based on an ontological model, which allows the determination of the more appropriate test plan considering the usage characteristics of products. In order to develop this method, the methodological approach Design Science Research (DSR) was adopted. In this way, six stages had to be covered: 1) problem identification and motivation; 2) definition of objectives and solution; 3) design and development; 4) demonstration; 5) evaluation and 6) communication of results. The final solution meets users' needs by being an efficient and easy-to-run method, as well as by enhancing products’ reliability throughout their lifecycle. This work can be applied in the process of creating several products bringing significant advantages to companies.

A utilização de ferramentas externas de diagnóstico guiado tem se tornado cada vez mais importante nas atividades de pós-venda da indústria automotiva. Isso se dá principalmente devido ao uso extensivo de sistemas embarcados nos veículos, tornando-os mais complexos e difíceis de diagnosticar. Atualmente, as técnicas empregadas para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado são fortemente dependentes da experiência do projetista e centralizadas nas peças e subsistemas do veículo, possibilitando baixo grau de flexibilidade e reaproveitamento da informação. Este trabalho propõe uma nova metodologia para o desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico guiado, aplicado a um estudo de caso da indústria automotiva, numa arquitetura de software em três camadas: peças e componentes do veículo, informações e estratégia para o diagnóstico e uma camada de apresentação. Isso permite grande flexibilidade no projeto da ferramenta de diagnóstico guiado para diferentes modelos de veículos, fabricantes de peças e sistemas automotivos. A metodologia proposta é aplicada em um estudo de caso de diagnóstico da Volvo caminhões, mostrando o processo de adaptação da arquitetura de software de três camadas à metodologia proposta e seu impacto no custo do desenvolvimento da ferramenta de diagnóstico. / External guided diagnostic tools are increasingly important to the aftermarket business of automotive industry. It occurs mainly due to the extensive using of embedded systems in vehicles, making them more complex and difficult to diagnose. Currently, the techniques used to develop a guided diagnostic tool are strongly dependent on designer’s experience and are usually focused on parts and vehicle’s subsystems, allowing low flexibility and reduced information reusage. This paper proposes a new methodology for development of a guided diagnostic tool applied to the automotive industry. This methodology is based on a three-tier software architecture composed of vehicle’s parts and components, diagnostic information and strategy, and presentation layer. It allows great flexibility for designing a guided diagnostic tool for different vehicle models, parts OEMs and automotive systems. The proposed methodology has been applied to a case study at Volvo Trucks. The corresponding adaptation process to the three-tier software architecture is presented as well as its impact on development costs. / 5000

CNPq / As transformações que as indústrias vêm passando são uma representação de um novo período industrial também conhecido como Indústria 4.0. Neste cenário de inovações, os conceitos relacionados à Manufatura Inteligente fazem com que haja uma busca constante pela captura do conhecimento visando aprimorar a eficiência de produtos e processos. Portanto, alterações no projeto de produtos voltadas para a melhoria da confiabilidade devem ser realizadas nas etapas inicias do Processo de Desenvolvimento de Produtos (PDP) para que os impactos técnicos e econômicos sejam reduzidos. É neste contexto que a abordagem Design for Reliability (DfR) surge como o conjunto de atividades que tem como intuito garantir a confiabilidade de um produto durante todas as etapas do seu ciclo de vida. Analisando as pesquisas mais recentes acerca do assunto e informações fornecidas por uma empresa de maquinários agrícolas, observou-se que em nenhum caso houve uma implementação do DfR nas etapas iniciais do PDP para determinação do plano de testes a partir do perfil de uso de algum produto. Dessa forma, estabeleceu-se o objetivo desta pesquisa de acordo com a elaboração de um método, baseado em um modelo ontológico, que permita a determinação do plano de testes eficaz e adequado às características de uso dos produtos. Para que esse método fosse desenvolvido, a abordagem metodológica Design Science Research (DSR) foi adotada. Dessa maneira, seis etapas tiveram de ser percorridas: 1) identificação do problema e motivação; 2) definição dos objetivos e solução; 3) projeto e desenvolvimento; 4) demonstração; 5) avaliação e 6) comunicação dos resultados. A solução reproduzida atende as necessidades dos usuários por ser um método eficiente e de simples execução, bem como aprimora a confiabilidade dos produtos ao longo do ciclo de vida. Este trabalho pode ser aplicado no processo de criação de diversos produtos trazendo vantagens significativas para empresas. / The transformations that the industries are currently facing represent a new industrial period also known as Industry 4.0. In this scenario of innovations, concepts related to Smart Manufacturing make a constant search for knowledge capture to improve the efficiency of products and processes. Therefore, changes in product design aiming the improvement of reliability should be undertaken from the early stages of the New Product Development process (NPD) to reduce technical and economical impacts. It is in this context that the Design for Reliability (DfR) approach emerges as the set of activities that aims to ensure the reliability of a product during all stages of its life cycle. Analyzing the most recent research on the subject and some information provided by an agricultural machinery company, it was not observed any case of implementation of DfR in the initial stages of the NPD to determine the test plan taking into consideration the product usage profile. Thence, the main goal of this research was established according to the elaboration of a method, based on an ontological model, which allows the determination of the more appropriate test plan considering the usage characteristics of products. In order to develop this method, the methodological approach Design Science Research (DSR) was adopted. In this way, six stages had to be covered: 1) problem identification and motivation; 2) definition of objectives and solution; 3) design and development; 4) demonstration; 5) evaluation and 6) communication of results. The final solution meets users' needs by being an efficient and easy-to-run method, as well as by enhancing products’ reliability throughout their lifecycle. This work can be applied in the process of creating several products bringing significant advantages to companies.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho apresenta um estudo referente à aplicação da abordagem Bayesiana como técnica de solução do problema inverso de identificação de danos estruturais, onde a integridade da estrutura é continuamente descrita por um parâmetro estrutural denominado parâmetro de coesão. A estrutura escolhida para análise é uma viga simplesmente apoiada do tipo Euler-Bernoulli. A identificação de danos é baseada em alterações na resposta impulsiva da estrutura, provocadas pela presença dos mesmos. O problema direto é resolvido através do Método de Elementos Finitos (MEF), que, por sua vez, é parametrizado pelo parâmetro de coesão da estrutura. O problema de identificação de danos é formulado como um problema inverso, cuja solução, do ponto de vista Bayesiano, é uma distribuição de probabilidade a posteriori para cada parâmetro de coesão da estrutura, obtida utilizando-se a metodologia de amostragem de Monte Carlo com Cadeia de Markov. As incertezas inerentes aos dados medidos serão contempladas na função de verossimilhança. Três estratégias de solução são apresentadas. Na Estratégia 1, os parâmetros de coesão da estrutura são amostrados de funções densidade de probabilidade a posteriori que possuem o mesmo desvio padrão. Na Estratégia 2, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, determina-se regiões da viga potencialmente danificadas e os parâmetros de coesão associados à essas regiões são amostrados a partir de funções de densidade de probabilidade a posteriori que possuem desvios diferenciados. Na Estratégia 3, após uma análise prévia do processo de identificação de danos, apenas os parâmetros associados às regiões identificadas como potencialmente danificadas são atualizados. Um conjunto de resultados numéricos é apresentado levando-se em consideração diferentes níveis de ruído para as três estratégias de solução apresentadas. / This work presents a study on the application of Bayesian approach as a technique for solving the inverse problem of structural damage identification, where the integrity of the structure is continuously described by a structural cohesion parameter. The structure chosen for analysis is a simply supported Euler - Bernoulli beam. The damage identification is based on changes in the impulse response of the structure caused by the presence thereof. The direct problem is solved by the finite element method (FEM), which, in turn, is parameterized by the cohesion parameter of the structure. The problem of identifying damages is formulated as an inverse problem, whose solution, from the Bayesian framework, is a posteriori probability distribution of the cohesion parameter, obtained using the sampling methodology of Monte Carlo with Markov Chain. The uncertainties inherent to the measured data will be included in the likelihood function. Three solution strategies are presented. In the Strategy 1, the cohesion parameters of the structure are sampled from probability density functions a posteriori that have the same standard deviation. In the Strategy 2, after a previous analysis of the damage identification process, are determined potentially damaged regions and the cohesion parameters associated with these regions are sampled from probability density functions a posteriori that have different deviations. In the Strategy 3, after a preliminary analysis of the damage identification process, only the parameters associated with regions identifed as potentially damaged are updated. A set of numerical results are presented taking into account different noise levels for the three considered strategies.

This work aims to evaluate the reliability levels associated to a probabilistic approach of mechanical strength models of casing tubes on oil and gas wells. A comparative study between different reliability evaluation methods commonly applied is also carried out. On the oil and gas well design, casing tubes must bear the mechanical loadings in the subsurface, such as the ones from formations, from drilling and completion fluids, from production fluid over the well lifetime, from the self-weight of casing column and from weight of other components. Reliability-based analysis applied to a structural design allows the assessment of the probability of violation for a given limit state of the structure, so that it can be predicted with adequate value since the design stage. This kind of analysis is useful to obtain adequate safety levels in design and to discuss the quality control level in the manufacturer production process. In this work, the failure probability is evaluated by the following reliability methods: failure domain numericintegration,MonteCarlosimulationandthetransformationmethods:FirstOrder eliabilityMethod(FORM)andSecondOrderReliabilityMethod(SORM).Thelimitstatesv rified are established by using casing strength models found in the literature, based on mechanics of materials theory and rupture test data.Statistical data are based on technical reports from casing manufacturers found in open-access literature. The achieved results contributes to well casing structural assessment taking into account the influence of design uncertainties, motivating the adoption of reliability-based analysis in decision-making process on OCTG design. / FUNDEPES - Fundação Universitária de Desenvolvimento de Extensão e Pesquisa / Estetrabalho visa avaliar os níveis de confiabilidade associados a uma abordagem probabilística das resistências mecânicas de tubos de revestimento em poços de petróleo. Além disso, durante as análises realizadas, objetiva-se comparar os diferentes métodos de confiabilidade comumente encontrados na literatura com a finalidade de identificar o método mais vantajoso para a aplicação proposta. Em projetos de poços de petróleo e gás natural, os revestimentos exercem o papel de resistir mecanicamente aos esforços existentes na subsuperfície, como as solicitações impostas pela formação, pelo fluido de perfuração, pelos fluidos produzidos ao longo da vida útil do poço e pelos pesos da própria coluna de revestimento e de outros equipamentos. Já a análise de confiabilidade, aplicada a um projeto estrutural, permite a avaliação da probabilidade de violação de um determinado estado limite da estrutura, de forma que esta pode ser prevista, com valor adequado, ainda na fase de projeto.Esse tipo de análise é útil não obtenção da margem de segurança adequada do projeto e na discussão do nível de controle no processo de produção de elementos estruturais. Neste trabalho, o cálculo da probabilidade de falha é realizado através dos seguintes métodos: integração numérica sobre o domínio de falha, simulação de Monte Carlo e dos métodos de transformação: First Order Reliability Method (FORM) e Second Order Reliability Method (SORM). Os estados limites dos tubos são estimados por modelos de resistência encontrados na literatura, baseados em teorias da mecânica dos materiais e em dados de ensaios de ruptura. Os dados estatísticos utilizados são baseados em relatórios técnicos de produção disponíveis na literatura sob domínio público. Os resultados obtidos contribuem para a avaliação estrutural de revestimentos de poços de petróleo sob a influência de incertezas de projeto, motivando a incorporação da análise de confiabilidade no processo de tomada de decisão do projetista.

O envelhecimento de uma instalação industrial provoca o aumento do número de falhas. A probabilidade de falhar é um indicador do momento em que deve ser feita uma parada para manutenção. É desenvolvido um método estatístico, baseado na teoria não-markoviana, para a determinação da variação da probabilidade de falhar em função do tempo de operação, que resulta num sistema de equações diferenciais parciais de natureza hiperbólica. São apresentadas as soluções por passo-fracionário e Lax-Wendroff com termo fonte. Devido à natureza suave da solução, os dois métodos chegam ao mesmo resultado com erro menor que 10−3. No caso estudado, conclui-se que o colapso do sistema depende principalmente do estado inicial da cadeia de Markov, sendo que os demais estados apresentam pouca influência na probabilidade de falha geral do sistema. / During the useful life of an industrial plant, the failure occurrence follows an exponential distribution. However, the aging process in an industrial plant generates an increase of the failure number. The failure probability is a rating for the maintenance stopping process. In this paper, an statistical method for the assessment of the failure probability as a function of the operational time, based on the non-Markovian theory, is presented. Two maintenance conditions are addressed: In the first one, the old parts are utilized, after the repair this condition being called as good as old; in the second one the old parts are substituted by brand new ones this condition being called as good as new. A non-Markovian system with variable source term is modeled by using hyperbolic partial differential equations. The system of equations is solved using the Lax-Wendroff and fractional-step numerical schemes. The two methods achieve to approximately the same results, due to the smooth behavior of the solution. The main conclusion is that the system collapse depends essentially on the initial state of the Markov chain.

O presente trabalho tem por objetivo aplicar a análise de confiabilidade estrutural a um edifício alto submetido à ação do vento considerando o conforto humano na avaliação dos modos de falha. Para isso, foram consideradas como variáveis aleatórias: a velocidade máxima do vento no topo do edifício cuja distribuição de probabilidade é a distribuição de Gumbel para máximos e o módulo de elasticidade do concreto com modelo de probabilidade normal. Realizou-se a análise para dois modos de falha: o deslocamento excessivo no topo do edifício, com base na NBR 15575-2/2013, e a aceleração máxima para verificação do conforto humano de acordo com a NBR 6123/2013. Posteriormente, foi realizada uma análise conjunta dos modos de falha aplicados em série. O método utilizado foi o FORM – First Order Reliability Method com algoritmo HLRF, implementado em ambiente Matlab, para o edifício teórico CAARC. Verificou-se grandes discrepâncias entre a probabilidade de falha para os dois modos considerados. Para a aceleração máxima, encontrou-se valores práticos de ponto de projeto e probabilidade de falha. No entanto, o deslocamento horizontal de 3 centímetros resultou em uma probabilidade de falha extremamente alta para valores de velocidade de vento baixos, concluindo-se que, para o edifício alto do problema, o limite normativo tende a ser facilmente extrapolado. À vista disso, o parâmetro de deslocamento horizontal baseado na altura total do edifício também foi estudado. Tal análise resultou em uma probabilidade de falha maior que a da aceleração, no entanto, apresentando valores de ponto de projeto consistentes. / The present work aims to apply structural reliability analysis to a tall building subjected to wind load considering human comfort in the evaluation of failure modes. For this purpose, the following random variables were considered: the maximum wind speed at the top of the building whose probability distribution is the Gumbel distribution for maximum and the modulus of elasticity of concrete with normal distribution. The analysis was conducted for two failure modes: excessive displacement on the top of the building, which is based on NBR 15575/2013, and the maximum acceleration for verification of the human comfort according to NBR 6123/2013. A joint analysis of failure modes applied in series was performed. The method used was the FORM - First Order Reliability Method with HLRF algorithm, implemented in Matlab environment, for the theoretical building CAARC. Large discrepancies between the failure probabilities of the two modes considered were found. For maximum acceleration, the design point value and the failure probability found were practical results. However, the horizontal displacement of 3 centimeters resulted in an extremely high probability of failure for low wind speed values, concluding that, for the tall building of the problem, the code limit tends to be easily extrapolated. Hence, the horizontal displacement parameter based on the total height of the building was also studied. Such analysis resulted in a failure probability greater than the acceleration one, however, presenting consistent design point values.

O presente trabalho tem por objetivo aplicar a análise de confiabilidade estrutural a um edifício alto submetido à ação do vento considerando o conforto humano na avaliação dos modos de falha. Para isso, foram consideradas como variáveis aleatórias: a velocidade máxima do vento no topo do edifício cuja distribuição de probabilidade é a distribuição de Gumbel para máximos e o módulo de elasticidade do concreto com modelo de probabilidade normal. Realizou-se a análise para dois modos de falha: o deslocamento excessivo no topo do edifício, com base na NBR 15575-2/2013, e a aceleração máxima para verificação do conforto humano de acordo com a NBR 6123/2013. Posteriormente, foi realizada uma análise conjunta dos modos de falha aplicados em série. O método utilizado foi o FORM – First Order Reliability Method com algoritmo HLRF, implementado em ambiente Matlab, para o edifício teórico CAARC. Verificou-se grandes discrepâncias entre a probabilidade de falha para os dois modos considerados. Para a aceleração máxima, encontrou-se valores práticos de ponto de projeto e probabilidade de falha. No entanto, o deslocamento horizontal de 3 centímetros resultou em uma probabilidade de falha extremamente alta para valores de velocidade de vento baixos, concluindo-se que, para o edifício alto do problema, o limite normativo tende a ser facilmente extrapolado. À vista disso, o parâmetro de deslocamento horizontal baseado na altura total do edifício também foi estudado. Tal análise resultou em uma probabilidade de falha maior que a da aceleração, no entanto, apresentando valores de ponto de projeto consistentes. / The present work aims to apply structural reliability analysis to a tall building subjected to wind load considering human comfort in the evaluation of failure modes. For this purpose, the following random variables were considered: the maximum wind speed at the top of the building whose probability distribution is the Gumbel distribution for maximum and the modulus of elasticity of concrete with normal distribution. The analysis was conducted for two failure modes: excessive displacement on the top of the building, which is based on NBR 15575/2013, and the maximum acceleration for verification of the human comfort according to NBR 6123/2013. A joint analysis of failure modes applied in series was performed. The method used was the FORM - First Order Reliability Method with HLRF algorithm, implemented in Matlab environment, for the theoretical building CAARC. Large discrepancies between the failure probabilities of the two modes considered were found. For maximum acceleration, the design point value and the failure probability found were practical results. However, the horizontal displacement of 3 centimeters resulted in an extremely high probability of failure for low wind speed values, concluding that, for the tall building of the problem, the code limit tends to be easily extrapolated. Hence, the horizontal displacement parameter based on the total height of the building was also studied. Such analysis resulted in a failure probability greater than the acceleration one, however, presenting consistent design point values.

O envelhecimento de uma instalação industrial provoca o aumento do número de falhas. A probabilidade de falhar é um indicador do momento em que deve ser feita uma parada para manutenção. É desenvolvido um método estatístico, baseado na teoria não-markoviana, para a determinação da variação da probabilidade de falhar em função do tempo de operação, que resulta num sistema de equações diferenciais parciais de natureza hiperbólica. São apresentadas as soluções por passo-fracionário e Lax-Wendroff com termo fonte. Devido à natureza suave da solução, os dois métodos chegam ao mesmo resultado com erro menor que 10−3. No caso estudado, conclui-se que o colapso do sistema depende principalmente do estado inicial da cadeia de Markov, sendo que os demais estados apresentam pouca influência na probabilidade de falha geral do sistema. / During the useful life of an industrial plant, the failure occurrence follows an exponential distribution. However, the aging process in an industrial plant generates an increase of the failure number. The failure probability is a rating for the maintenance stopping process. In this paper, an statistical method for the assessment of the failure probability as a function of the operational time, based on the non-Markovian theory, is presented. Two maintenance conditions are addressed: In the first one, the old parts are utilized, after the repair this condition being called as good as old; in the second one the old parts are substituted by brand new ones this condition being called as good as new. A non-Markovian system with variable source term is modeled by using hyperbolic partial differential equations. The system of equations is solved using the Lax-Wendroff and fractional-step numerical schemes. The two methods achieve to approximately the same results, due to the smooth behavior of the solution. The main conclusion is that the system collapse depends essentially on the initial state of the Markov chain.