O monitoramento de grandes estruturas está diretamente ligado à segurança das mesmas, pois sendo elas naturais ou artificiais, estão sempre sujeitas a variações em suas dimensões e posições, no espaço e no tempo, o que pode representar riscos sociais, ambientais e econômicos. Dessa maneira, a presente pesquisa apresenta um estudo sobre métodos de determinação de coordenadas espaciais, disponíveis na literatura e empregados atualmente nos trabalhos práticos de engenharia, quanto aos aspectos de monitoração estrutural, tendo por finalidade simular e determinar deslocamentos controlados de alvos. A dissertação tem como principal objetivo testar as vantagens dos procedimentos automáticos realizados por meio de estações totais robóticas a partir do uso de métodos de medição em estudo no Laboratório de Mensuração do Departamento de Transportes da Escola de Engenharia de São Carlos (STT/EESC/USP), em comparação com o método polar, convencionalmente utilizado na maioria dos projetos de monitoração estrutural. O principal método aplicado nesta dissertação é denominado Método das Distâncias Mínimas, o qual se fundamenta no princípio da minimização de funções matemáticas definidas pelo somatório das distâncias entre os pontos de medição e os alvos definidos para o monitoramento. As distâncias, neste caso, são determinadas a partir das medições de ângulos zenitais e azimutais medidos com estações totais robóticas e automáticas. Com isso, pretende-se mostrar que o uso de equipamentos topográficos modernos com capacidade para desenvolver rotinas de automação de busca e medição de alvos permite realizar medidas com alto nível de automação, controle e qualidade. Mostra-se nesta dissertação que a tecnologia de busca automática de prismas permite automatizar os procedimentos de mensuração aplicados ao monitoramento de estruturas, possibilitando auscultar estruturas de maneira contínua sem a interferência do operador, o que aumenta sensivelmente a qualidade dos resultados. / The monitoring of large structures is directly linked to their safety, because they are always subject to variations in their dimensions and positions in space and time, which can pose social, environmental and economic risks, being the structures natural or artificial. Thus, the following research presents a study about the methods to determine spatial coordinates, available in the literature and currently employed in practical engineering, and also includes the structural issues of monitoring, aiming to simulate and determine controlled displacements of targets. This paper has as main objective to test the advantages of automatic procedures performed using robotic total stations using measurement methods in a study at the Measurement Transport Department Laboratory of the São Carlos School of Engineering (STT/EESC/USP), in comparison to the polar method, conventionally used in most structural monitoring projects. The main method applied in this thesis is called Minimum Distances Method, which is based on the principle of mathematical functions minimization defined by the sum of the distances between the measurement points and the targets set for the monitoring. The distances, in this case, are determined from the measurements of azimuth and zenithal angles measured with automatic and total robotic stations. The main purpose is to show that the use of modern surveying equipment with capacity to develop automation routines of search and targets measurement allows performing measurements with high level of automation, control and quality. It is shown in this paper that the technology of prisms automatic search permit to automate the measurement procedures applied to the monitoring of structures, enabling to continuously auscultate the structures without the operator interference, which significantly improves the quality of results.

Esta tese discute a integração do mercado nacional, ocorrida no primeiro Governo Vargas (1930-1945), como importante fator para a construção de uma estrutura econômica de base industrial, que permitiu a entrada da economia brasileira em uma fase de grande desenvolvimento e crescimento econômicos. Enfoca, nesse processo, a função exercida pelos deslocamentos populacionais. A integração do mercado nacional reclamava a construção de um novo padrão de deslocamentos populacionais no país. Embora as características dos deslocamentos populacionais já estivessem se modificando, o Estado interveio nesse processo, mediante a elaboração de políticas específicas, visando aprofundar e acelerar a integração do mercado, inclusive a do mercado de trabalho. As políticas relativas aos deslocamentos populacionais, praticadas e elaboradas no primeiro Governo Vargas, evidenciam a intencionalidade desse governo em apoiar e impulsionar o desenvolvimento de um novo padrão de acumulação urbano-industrial. Mesmo que não tenham alcançado a concretização dos objetivos propostos, as políticas relativas aos deslocamentos populacionais, iniciadas no primeiro Governo Vargas, permitiram a constituição de bases sobre as quais se daria, embora com características relativamente diferentes, o significativo desenvolvimento econômico alcançado no pós-guerra. / This thesis argue the national market integration, that happened in the first government of Vargas (1930-1945), with great factor to the construction of economic structure of industrial base, that allowed the Brazilian economic into a time of great development and economic growth. In this process, the focus is on the work of the population displacement. The national market integration claimed the construction of a new standard of population displacement in the country. Despite of the characteristics of the populations displacement was already in modification, the State mediate on this process, because of the creation of specific polices, trying to go deep and accelerate the market integration, including the work market. The relative politics to the population displacement, practiced and created during the first government of Vargas, shows the intention of this government to support and impulse the development of a new standard of urban industrial accumulation. Even If they didnt achieve their objectives that were proposed, the politics related to the population displacement that started in the first government of Vargas, allowed the constitution of the bases that was going to be used, in spite of the characteristics relatively different, the significative economic development realized after the war.

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This work presents a computational tool to support the evaluation of displacement and strain fields by using Digital Image Correlation (DIC) techniques. Two images, referring to different stages of the problem, are analyzed in order to measure these fields. As most often experimental tests are on small scale, the required tools may interfere with the analisys results. Therefore, non-destructive techniques as the DIC can be used as supporting tools for these tests. Besides, DIC is also used in situations when the access doesn’t allow the proper positioning of the tool. The subset DIC algorithm is applied, which consists in splitting the images into subregions, in which the displacements and strains are evaluated. In order to obtain the unknown fields over the whole image, the results from each subregion are interpolated. Then, tests are performed to validate the proposed methodology through four examples, by comparing the results with analytical, numerical or experimental ones, presented in the literature, in which a good level of agreement is observed. Furthermore, two numerical examples are simulated, concerning a triaxial compression test and a diametral compression test. In both cases, the displacement values are obtained with minor errors. / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta uma ferramenta computacional para auxiliar na análise de campos de deslocamentos e deformações através de técnicas de correlação de imagens digitais (DIC) e consiste na avaliação de duas imagens em estágios diferentes de um determinado problema para a obtenção desses campos. Como na maioria das vezes os ensaios experimentais são realizados em modelos reduzidos, as instrumentações normalmente utilizadas podem afetar os resultados da análise. Então, técnicas não destrutivas como a DIC podem ser utilizadas como ferramentas de apoio a esses ensaios. Além disso, a DIC também é utilizada na análise de elementos com difícil acesso para a colocação da instrumentação convencional. Neste trabalho utiliza-se a técnica Subset DIC Algorithm que divide as imagens em várias sub-regiões e analisa os deslocamentos e as deformações para cada sub-região. Para a obtenção do campo de deslocamentos e deformações da imagem faz-se uma interpolação dos resultados obtidos em cada sub-região. Em seguida, são realizados testes para a validação da metodologia proposta através de quatro exemplos, inclusive fazendo comparações dos resultados com respostas analíticas, numéricas ou experimentais encontradas na literatura, em que, obtiveram-se respostas satisfatórias na obtenção dos campos de deslocamentos e deformações. Também são realizados dois estudos de caso sendo um sobre o ensaio de compressão triaxial e o outro sobre o ensaio de compressão diametral. Em ambos os estudos de caso é possível obter os campos de deslocamentos com erros satisfatórios.

Orientador: Cláudio Kitano / Resumo: Nesta dissertação de mestrado é apresentado um vibrômetro para a medição de deslocamentos nanométricos. O vibrômetro proposto está baseado em um interferômetro de Michelson modificado, homódino e em malha fechada. A demodulação em tempo real é executada inteiramente em modo digital, utilizando uma plataforma embarcada que realiza a aquisição de dados, processamento dos sinais, controle PI (proporcional-integral) e a geração dos sinais que acionam o modulador de fase óptica (baseado em uma célula Pockels) e o atuador piezoelétrico sob estudo. Dois sinais em quadratura de fase são obtidos a partir de um único sinal interferométrico utilizando uma tensão de modulação principal e, em seguida, a conhecida técnica de multiplicação cruzada é aplicada para calcular a variação da fase óptica de interesse. A condição de quadratura é atingida pelo próprio controlador PI por meio da análise da figura de Lissajous dos sinais fora de fase. O novo vibrômetro óptico é capaz de medir deslocamentos nanométricos, e é simples, barato, exato, imune ao desvanecimento e auto-consistente. O controlador PI é robusto, uma vez que o método de demodulação é capaz de trabalhar com elevado ruído eletrônico, variações indesejáveis no ganho do amplificador e na tensão de meia-onda da célula Pockels com a temperatura e outras perturbações externas. O novo sistema foi utilizado para determinar a magnitude da resposta em frequência de dois protótipos de atuadores piezoelétricos flextensionais multiatuados. As ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A vibrometer to measure nanometric displacements is presented in this work. The proposed vibrometer is based on a modified closed loop homodyne Michelson interferometer. Real-time phase demodulation is carried out entirely in a digital mode, using an embedded platform that performs data acquisition, signal processing, PI (proportional-integral) control and the generation of signals that drive the electrooptic Pockels cell phase shifter and the piezoelectric actuator under test. Two phase quadrature signals are generated from a single interferometric output, using the interleaving action, in alternation, of a digitally generated principal modulating signal, and then the well-known cross-multiplication technique is applied to perform the computation of the phase shift of interest. The quadrature condition is reached by the PI control itself, using the length difference between the major axis and the minor axis of the ellipse formed by the Lissajous figure associated with the out of phase signals as the controller error signal. The new optical vibrometer is capable of measuring nanometric displacements, and is simple, inexpensive, accurate, immune to fading and self-consistent. The PI controller is robust, since the demodulation method is able to work under high electronic noise, undesirable variations in Pockels cell half-wave voltage with temperature, amplifier gain and other external entrances. The new method was used to determine the displacement frequency response curves of... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] Este estudo analisa o caso de um aterro experimental construído em escala real ao lado de um estaqueamento, em um terreno composto por uma espessa camada de argila mole, situado na baixada de Jacarepaguá, Rio de Janeiro. No local do aterro, foi realizada uma vasta investigação geotécnica e um monitoramento composto por placas de recalque, piezômetros e inclinômetros instalados ao longo da profundidade do terreno e das estacas adjacentes ao aterro. O movimento horizontal do solo na extremidade do aterro devido à natureza assimétrica do carregamento gera esforços ao longo da profundidade das estacas instaladas na adjacência dessa sobrecarga. Esse fenômeno, conhecido na literatura brasileira como Efeito Tschebotarioff é influenciado por diversos fatores, entre eles pelo adensamento do solo, pelo efeito de grupo e pela distância do estaqueamento em relação à base do aterro, cujas análises de suas influências fazem parte do objetivo desse trabalho. A influência do adensamento no desenvolvimento dos deslocamentos horizontais em profundidade foi analisada com base nos resultados obtidos por meio da instrumentação de campo. Já as influências do efeito de grupo e da distância do estaqueamento em relação à base do aterro foram analisadas por meio de uma análise numérica bidimensional utilizando o programa Plaxis 2D. Os resultados da instrumentação mostraram que a razão entre os deslocamentos horizontais máximos e os recalques é de cerca de 0,16 ao longo de todo o alteamento do aterro. Com relação à modelagem numérica, seus resultados mostraram que o efeito de grupo pode reduzir os deslocamentos horizontais nas estacas traseiras em cerca de 14 por cento e os momentos fletores em até 58 por cento. Além disso, foi observado que os deslocamentos horizontais e esforços nas estacas somente podem ser considerados desprezíveis a partir de distâncias correspondentes a cerca de 2,5 vezes a espessura de solo mole. / [en] This study analyzes the case of an experimental embankment constructed in real scale alongside a pile group in a field composed of a thick layer of soft clay, located in the lowland of Jacarepaguá, Rio de Janeiro. The monitoring of the experiment was composed by settlement plates, piezometers and inclinometers installed throughout the depth of the ground and piles adjacent to the embankment. The horizontal movement of the soil at the border of the embankment generates stresses along the depth of the piles installed adjacent to the surcharge due to the asymmetric nature of this load. This phenomenon, known in the Brazilian literature as the Tschebotarioff Effect, is influenced by several factors. In this work, the influence factors that were studied are the soil consolidation, the group effect and the distance of the piles from the base of the embankment. The influence of the consolidation on the development of deep horizontal displacements was analyzed based on the results obtained through field instrumentation. On the other hand, the influence of the group effect and the distance of the piles from the embankment base were analyzed using a two-dimensional numerical analysis in the Plaxis 2D program. The results of the instrumentation showed that the ratio between the maximum horizontal displacements and the settlements is around 0,16 throughout the entire embankment elevation. Regarding numerical modeling, their results showed that the group effect can reduce horizontal displacements in the rear piles by around 14 per cent and the bending moments by up to 58 per cent. In addition, it has been observed that horizontal displacements and stresses on the piles can only be considered negligible from distances corresponding to about 2.5 times the soft soil thickness.

[pt] Esta dissertação aborda o tema do deslocamento migratório em Rio das Pedras, uma favela da Zona Oeste do Rio de Janeiro, e investiga como a dimensão das permanências contribuem para a área de estudos sobre mobilidades. A pesquisa é fundamentada em um trabalho empírico que utiliza a técnica de observação participante e a metodologia de análise de trajetórias, além de revisão da literatura teórica. O contexto histórico se concentra em um período de intenso fluxo migratório dos estados do Nordeste para a cidade do Rio de Janeiro, durante uma fase de expansão significativa nos setores da construção civil e dos serviços. O objetivo da investigação é refletir sobre os afetos e sentimentos que surgem em decorrência do deslocamento, considerando que esse fenômeno não se limita apenas à dimensão espacial, mas também se relaciona no âmbito subjetivo e social. Dessa forma, são analisados outros temas transversais que contribuem para a compreensão das permanências, por exemplo o papel da memória como elemento explicativo do movimento das trajetórias. Além disso, examino a produção de moralidades e seu impacto na criação de sociabilidades. Por fim, disserto como esses aspectos se manifestam no contexto específico da territorialidade, levando em consideração os desafios da violência urbana na sociedade contemporânea. / [en] This dissertation addresses the issue of migratory displacement in Rio das Pedras, a favela in the West Zone of Rio de Janeiro, and investigates how the concept of permanence contributes to the field of studies on mobilities. The research is based on an empirical work that uses the participant observation technique and the trajectory analysis methodology, in addition to a review of the theoretical literature. The historical context focuses on a period of intense migratory flow from the Northeastern states to the city of Rio de Janeiro, during a phase of significant expansion in the sectors of civil construction and services. The objective of the investigation is to reflect on the affectionsand feelings that arise as a result of displacement, considering that this phenomenon is not limited only to the spatial dimension, but also relates to the subjective and social scope. In this way, other transversal themes that contribute to the understanding of permanencies are analyzed, such as the role of memory as an explanatory element of the movement of trajectories. Furthermore, we examine the production of moralities and their impact on the creation of sociability. Finally, we investigate how these aspects are manifested in the specific context of territoriality, taking into account the challenges of urban violence in contemporary society.

Motivado por diversos processos de manufatura, tais como conformação de metais a frio ou mesmo manufatura aditiva, este trabalho consiste no desenvolvimento de um código computacional para a simulação numérica de problemas bidimensionais que abordam três tipos de não-linearidade: a geométrica, presente em situações de grandes deslocamentos; a física, presente no modelo constitutivo do material; e a de contato. Na primeira etapa, desenvolve-se um programa para análise dinâmica bidimensional de sólidos elásticos, utilizando a abordagem posicional do método dos elementos finitos, que engloba naturalmente a não-linearidade geométrica em sua formulação. Em seguida, implementam-se modelos constitutivos não-elásticos para problemas com grandes deformações. No modelo elastoplástico, adota-se o critério de von Mises com encruamento cinemático baseado na lei de Armstrong-Frederick. Essa formulação é então generalizada para o caso visco-plástico, onde é considerado o modelo de Perzyna em conjunto com a lei de Norton. No caso visco-elástico, utiliza-se uma formulação que parte do modelo reológico de Zener. Por fim, apresenta-se um modelo visco-elasto-plástico que consiste no acoplamento dos modelos visco-elástico e visco-plástico descritos anteriormente. Em todos os casos, utiliza-se a decomposição multiplicativa do gradiente da função mudança de configuração. Com respeito à aplicação 2D, consideram-se as hipóteses de estado plano de deformações e estado plano de tensões, onde a última é resolvida numericamente por um procedimento local de Newton-Raphson. Para o problema de contato, aplica-se a estratégia Nó-a-Segmento, sendo as condições de não-penetração impostas com a introdução de multiplicadores de Lagrange. A formulação é testada em cada uma das etapas por meio de exemplos numéricos de verificação. Além disso, para mostrar as potencialidades do código desenvolvido, são propostos diversos exemplos numéricos, sendo alguns inspirados por processos de manufatura existentes. Nesses exemplos, são estudados os efeitos de diferentes parâmetros dos materiais e diferentes taxas de deformação na resposta numérica, permitindo uma análise do comportamento dissipativo decorrente da plastificação e da viscosidade, incluindo a influência desses sobre o amortecimento dinâmico. / Motivated by several manufacturing processes, such as cold metal forming or even additive manufacturing, in this work we develop a computational code for numerical simulation of two-dimensional problems addressing three types of nonlinearities: geometric nonlinearity, present in large displacements situations; physical non-linearity, present in the material constitutive model; and contact non-linearity. In the first step, we develop a computational program for dynamic analysis of two-dimensional elastic solids using the positional finite element method, which naturally takes into account geometric non-linearity in its formulation. Following, we implement inelastic constitutive models for large strain problems. In the elasto-plastic model, we adopt von Mises yeld criteria and kinematic hardening based on the Armstrong-Frederick law. The formulation is then generalized to the visco-plastic case, where we consider Perzyna model associated with Norton\'s law. In the visco-elastic case, Zener\'s rheological model is employed. Finally, we present a visco-elasto-plastic model by coupling the visco-elastic and visco-plastic models described previously. In every case, the multiplicative decomposition of the deformation gradient is employed. Regarding the 2D application, we consider both plane strain and plane stress hypothesis, where the latter is solved numerically by a local Newton-Raphson procedure. For the contact problem, we employ the Node-to-Segment strategy, imposing non-penetration conditions with the introduction of Lagrange multipliers. The resulting computational code is tested in each step by means of numerical verification examples. In addition, to show the potentialities of the developed code, several numerical examples are proposed, some of which inspired by existing manufacturing processes. On these examples, we study the effects of different material parameters and strain rates on the numerical response, allowing an analysis of the dissipative behavior due to plasticity and viscosity, including the influence of these on the dynamic damping.

Neste trabalho foram estudados computacionalmente os [2.2]ciclofanos ([2.2]paraciclofano (1), anti-[2.2]metaciclofano (2a), sin-[2.2]metaciclofano (2b) e [2.2]metaparaciclofano (3)), que são os [2n]ciclofanos mais simples, contendo dois anéis fenílicos conectados por duas pontes etilênicas. Os ciclofanos têm apresentado inúmeras aplicações importantes, podendo atuar como auxiliares em sínteses assimétricas e como catalisadores que simulam funções enzimáticas, apresentando seletividade em relação aos substratos. Eles são empregados tanto em químicab supramolecular quanto em áreas biomédicas. Estudos que empregam ressonância de spin eletrônico ou que investigam propriedades ópticas não-lineares dos [2.2]ciclofanos indicam que os mesmos apresentam interações transanulares, que ocorrem através de recobrimento direto entre orbitais pertencentes a anéis diferentes, through-space, ou através de recobrimento entre orbitais dos anéis e das pontes, through-bond. As interações transanulares possuem um papel fundamental na química dos ciclofanos, alterando o comportamento reacional destes compostos e as transições espectroscópicas. Apesar dos métodos de preparação de ciclofanos, desde os mais simples aos mais complexos, serem intensamente investigados, estudos computacionais, que busquem compreender as correlações entre tensão e aromaticidade, estrutura eletrônica e o mecanismo de ocorrência das interações transanulares, são raramente encontrados na literatura. Desse modo, o objetivo deste trabalho foi estudar as interações transanulares, bem como correlacionar as diferenças estruturais, a tensão sobre anéis e pontes, cargas atômicas, aromaticidade e os deslocamentos químicos, não apenas para os isômeros dos [2.2]ciclofanos, mas também seus derivados fluorados (perfluoração de um dos anéis dos [2.2]ciclofanos), bem como avaliar os efeitos de diversos substituintes (CN, Cl, C=O, NH2 e NO2) e da protonação na estrutura eletrônica do isômero [2.2]paraciclofano. As otimizações de geometria de 1, realizadas com diferentes métodos e conjuntos de funções de base, mostraram que os modelos MP2/6-31+G(d,p) e B3PW91/6-31+G(d,p) fornecem os melhores resultados em comparação com os dados de raios-x. Buscas conformacionais mostraram que 2a e 2b são confôrmeros com energias diferentes e que 3 possui dois confôrmeros degenerados. As energias relativas e de tensão das pontes, seguiram a mesma ordem, indicando que a tensão sobre as pontes e a repulsão entre as nuvens ? dos anéis aromáticos são determinantes para a estabilidade dos [2.2]ciclofanos. As reações isodésmicas indicaram que os anéis comportam-se como absorvedores de tensão. NICS e HOMA mostraram que apesar das perdas de planaridade dos anéis a aromaticidade é mantida. O método NBO confirmou que todos os [2.2]ciclofanos apresentam interações through-bond, mas apenas 2a e 2b apresentaram interações through-space significantes. A análise AIM mostrou que as interações transanulares observadas são do tipo camada fechada (iônica ou ligação de hidrogênio) e que estabilizam os [2.2]ciclofanos. Para os derivados fluorados as principais alterações geométricas observadas foram para os diedros das pontes. As reações isodésmicas revelaram que as tensões das pontes e as energias relativas são afetadas pela fluoração. Além disso, os anéis dos isômeros fluorados absorvem mais tensão que os anéis dos isômeros não fluorados. NICS e HOMA mostraram que a substituição por flúor aumenta a aromaticidade dos [2.2]ciclofanos. A análise NBO indicou que a perfluoração aumentou o número e a intensidade das interações through-space, mas as mesmas ficaram restritas principalmente aos derivados fluorados de 2a e 2b. A mesma análise evidenciou que há uma conjugação dos pares de elétrons dos átomos de flúor com o sistema ?. Por outro lado, a análise AIM sugeriu que a substituição não aumenta o número de interações through-space, mas confirmou a conjugação dos pares de elétrons dos átomos de flúor. Os demais substituintes empregados afetam os parâmetros geométricos do [2.2]paraciclofano (1) de maneira diferenciada. A análise particionada das reações isodésmicas mostrou que as tensões nos anéis e nas pontes dependem não apenas do substituinte empregado, mas também da posição da substituição. NICS e HOMA indicaram que a aromaticidade no anel não-substituído dos derivados substituídos é maior que em 1. A análise NBO revelou que a substituição e a protonação aumentam a ocorrência de interações transanulares through-space. O método AIM indicou a presença de interações transanulares apenas para o derivado substituído com NH2 e CN e para a espécie protonada. No entanto, tais interações apresentaram características de interações de camada fechada. com pequenas estabilizações. As cargas atômicas e os deslocamentos químicos confirmaram as mudanças na densidade eletrônica, observadas através do método AIM. / In this work, the [2.2]cyclophanes ([2.2]paracyclophane (1), anti-[2.2]metacyclophane (2a), syn-[2.2]metacyclophane (2b) e [2.2]metaparacyclophane (3)), which are the simplest [2n] cyclophanes that contain two phenyl rings connected by two ethanediyl linkages, were studied computationally. Cyclophanes have presented several important applications, such as auxiliary in asymmetric synthesis, catalysts that simulate enzymatic functions, presenting selectivity in relation to the substrates. They are employed either in supramolecular chemistry or in biomedical areas. Studies that apply electron spin resonance or that investigate the non-linear optical properties of [2.2]cyclophanes, indicate that these compounds present transannular interactions, which occur through direct overlap of orbitals lying in different rings, throughspace, or through overlap between orbitals from rings and bridges, through-bond. The transannular interactions have a fundamental role in cyclophane chemistry, changing the reactional behavior of these compounds, and the spectroscopic transitions. Despite the fact that the well known methods of preparation, from the simplest to the most complex cyclophanes, have been studied intensively, computational studies that intent to comprehend the correlations between tension and aromaticity, electronic structure, and the mechanism of the transannular interactions are rarely found in the literature. Therefore, the aim of this work was not only to study the transannular interactions, correlating the structural differences, tension in rings and bridges, atomic charges, aromaticity, and chemical shifts of the [2.2]cyclophanes isomers but also to extent a similar treatment to the fluorinated derivatives. In addition, the effects of substituents such as (CN, Cl, C=O, NH2, and NO2) and the protonation on the electronic structure of [2.2]paracyclophane were also evaluated. The geometry optimizations of 1, carried out by using different methods and basis set, showed that the models MP2/6-31+G(d,p) and B3PW91/6-31+G(d,p) provide the best results in comparison with the x-ray data. Conformational searches showed that 2a and 2b are the conformers that present the same energy and the isomer 3 has two degenerated conformers. The strain energies of the bridges followed the same tendency as the relative energies, indicating that the tension on the bridges and the repulsions between the ? clouds of the aromatic rings are the key factors that determine the [2.2]cyclophane stabilities. The isodesmic reactions indicated that the rings are absorbents of tension. NICS and HOMA showed that the aromaticity of the rings is preserved despite the changes on the planarity. The NBO method confirmed that all [2.2]cyclophanes present through-bond interactions, but only 2a and 2b exhibit noteworthy through-space interactions. The AIM analysis pointed out that the transannular interactions behave as closed shell interactions (ionic or hydrogen bond), stabilizing the [2.2]cyclophanes. The main geometric changes, observed to the fluorinated derivatives, were those related with the dihedral angle of bridges. The isodesmic reactions pointed out that the tensions of bridges and the relative energies are affected by the fluorination. In addition, the fluorinated rings absorb more tension than the non-fluorinated rings. NICS and HOMA showed that the substitution by fluorine increases the aromaticity of the [2.2]cyclophanes. The NBO analysis indicated that the number of through-space interactions increase with the fluorination, but it is restrict to the derivatives of 2a and 2b. In addition, the same analysis pointed out a conjugation of the fluorine lone pairs with the ? system. On the other hand, the AIM analysis suggested that the substitution do not increase the number of through-space interactions, but confirmed the conjugation of the fluorine lone pairs. The other substituents can affect the geometric parameter of 1 noticeably. The partitioned analysis of isodesmic reactions showed that the tensions in bridges and rings not only depend on the substituents employed but also on the position of substitution. NICS and HOMA pointed out that the aromaticity is bigger in the non-substituted rings of [2.2]paracyclophane derivatives than in 1. The NBO analysis showed that the substitution and protonation increase the number of through-space interactions. AIM method indicated the transannular interactions occur only to the derivate substituted by NH2 and CN, and to the protonated specie. However, these interactions presented features of closed shell interactions with small stabilizations. The atomic charges and the chemical shifts confirmed the changes of the electronic density, observed through the AIM method.

Este trabalho propõe estudar o projeto de estruturas submetidas a grandes deslocamentos utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT). O MOT é um método numérico capaz de fornecer de forma sistemática a distribuição ótima de material no domínio de uma estrutura de forma a atender a um dado requisito de projeto, por exemplo, o valor de flexibilidade máxima permitida em uma estrutura. Desde sua introdução, há quase três décadas, o MOT ganhou popularidade na área acadêmica e na indústria. Até o presente momento (2011), a maioria dos trabalhos relacionados com o método tem se preocupado com a otimização de estruturas com o comportamento linear, ou seja, pequenos deslocamentos. Um pequeno número de artigos e trabalhos tem sido relacionado com a modelagem e otimização topológica de estruturas submetidas a efeitos não-lineares. Este trabalho propõe compilar as formulações descritas na literatura e agregar novas técnicas na implementação da OT de forma a melhorar a robustez na obtenção de resultados sob não-linearidade geométrica. O MOT para o comportamento não-linear geométrico neste trabalho foi implementado utilizando o modelo de material SIMP. O comportamento não-linear geométrico é representado utilizando a formulação Lagrangiana para as leis de material de Kirchhoff-Saint Venant e neo-Hookiana. Ambas as leis de material foram implementadas utilizando o método de elementos finitos (MEF) e o equilíbrio estático da estrutura é obtido através de uma rotina incremental e iterativa de Newton incluindo todos os elementos (inclusive os de baixa densidade) dentro do domínio de projeto. A sensibilidade da função objetivo é deduzida utilizando o método adjunto e o problema de otimização é resolvido utilizando o Método das Assíntotas Móveis (MAM) em conjunto com uma função de Relaxação proposta para estabilizar a solução de OT não-linear. A função de projeção não-linear em conjunto com o Método da Continuação é utilizada para eliminar o problema de tabuleiro e independência de malha, melhorando a convergência dos resultados. A função objetivo para minimização da flexibilidade no ponto de aplicação do carregamento é testada, considerando um carregamento fixo. Neste trabalho, os exemplos mostram que as diferenças na rigidez das estruturas otimizadas utilizando modelagem linear e não-linear são geralmente pequenas para pequenos carregamentos, mas elas podem ser grandes em certos casos envolvendo grandes cargas, acarretando em instabilidades na estrutura, o que pode degenerar a solução obtida. / This work proposes studying the design of structures undergoing large displacement using Topology Optimization Method (TOM). The TOM is a numerical method capable of synthesizing the basic layout of a mechanical structure accomplishing to a given design requirement, for example the maximum strain energy allowed in the structure. Since its introduction nearly three decades, TOM has gained widespread popularity in academia and industry. So far, most papers dealing with the method have been concerned with the optimization of structures with linear geometric and material behavior. Even now a small number of works and articles have been concerned with the modeling and topology optimization of structures undergoing nonlinear effects. This work proposes to compile the formulations described in the literature and adding new techniques to improve the robustness for obtaining results of OT under geometric nonlinearity. The TOM for geometric nonlinear behavior in this work is implemented with Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP) material model. The geometrically nonlinear behavior of the structures is modeled using a Lagrangean description for hyperelastic constitutive models for Saint Venant-Kirchhoff and neo-Hookean. Both constitutive models are implemented using the Finite Element Method (FEM) and the static equilibrium of the structure is obtained using an incremental and iterative Full-Newton Method considering all elements and internal force of the design domain (elements called \"voids\"). The sensitivity of the objective function is derived using the adjoint method and the optimization problem is solved using the Optimality Criteria (OC) method and Method of Moving Asymptotes (MMA) together with a Relaxation Function proposed to stabilize the TO nonlinear solution. The nonlinear projection function in conjunction with the Continuation Method is used to obtain checkerboard-free and mesh-independent designs and to improve the convergence results. The objective function of end-compliance is tested, by minimizing it for a fixed load. In this work, some examples show that differences in stiffness of optimized structures using linear and nonlinear modeling are generally small, however they can be large in certain cases involving buckling or bifurcation point, that degenerate the solution obtained.