A busca por estruturas mais esbeltas, economicamente viáveis e esteticamente atraentes impulsionou a evolução e inovação no ramo de pontes. A protensão, tanto interna quanto externa, tem sido usada em larga escala e devido à sua eficiência, diversas técnicas foram desenvolvidas e utilizadas, como os estais. A ponte extradorso é uma estrutura que mantém características das pontes de viga reta construídas por balanços sucessivos, assim como de pontes estaiadas. A ponte com protensão no extradorso é uma estrutura recente e inovadora, que ainda é pouco utilizada no Brasil. O conceito desenvolvido em 1988 foi construído pela primeira vez em 1994 no Japão. Por serem estruturas com extensos vãos e que podem sofrer vibração excessiva, quando submetidas a carregamentos dinâmicos de grande intensidade, como os carregamentos móveis, é importante analisar o comportamento destas. A dinâmica das estruturas engloba a determinação das frequências naturais e dos modos de vibração naturais da estrutura, assim como os possíveis deslocamentos, esforços internos, velocidade e acelerações. Os modelos computacionais, usando o princípio do método dos elementos finitos, quando devidamente utilizados, podem representar valores muito próximos à realidade da estrutura em serviço. Este trabalho tem a intenção de analisar o comportamento dinâmico da ponte situada na TO-010, entre Miracema e Lajeado, inaugurada em 2011, quando submetida a diferentes carregamentos móveis e com diferentes velocidades, comparando-os com a análise estática. / Searching for more slender structures, economically viable and aesthetically appealing drove and innovation in the bridges. Prestressing, both internal and external, has been used on a large scale due to its efficiency; several techniques have been developed and used, as the stays. The extradosed bridge is a structure that retains characteristics of straight girder bridges built by successive balances, as well as cable-stayed bridge. Prestressing extradosed is an innovative new structure, which is not widely used in Brazil. The concept developed in 1988 was first constructed in 1994 in Japan. Because they are structures with long spans and can suffer excessive vibration when subjected to dynamic loading of high intensity such as live loads, it is important to analyze their behavior. The dynamic of structures includes determining the frequency and mode of natural vibration of the structure, as well as the possible displacements and internal forces. Computer models, using the principle of the finite element method, when properly calibrated, can represent values close to the reality of the structure in service. This paper intends to analyze the dynamic behavior of the bridge located in the TO-010, between Miracema and Lajeado, inaugurated in 2011, when subjected to different moving load, and moving at different speed, comparing them with the static analysis. / 5000

CAPES / Neste trabalho é abordado um problema acoplado fluido-estrutura, comparando o resultado com a análise modal de uma estrutura. O objetivo do trabalho consiste em analisar o fenômeno físico da interação fluido-estrutura em estruturas flexíveis, adotando um modelo compatível com essa situação. Para tal, o problema acoplado é resolvido utilizando uma abordagem Lagrangeana-Euleriana para o domínio do fluido, enquanto que, para o domínio do sólido é utilizado uma abordagem Lagrangeana. Como apoio para resolução das equações matemáticas do problema acoplado, foi utilizado o software de análises físicas ANSYS®. Uma análise modal utilizando o método Rational Fractional Polynomial foi desenvolvida para uma estrutura de aço em escala reduzida, e o resultado desta foi comparado com o resultado obtido do modelo feito no software. Seus modos de vibrar e frequências naturais são utilizados para comparar com o ocorrido no problema acoplado. O problema acoplado consiste em analisar o comportamento dinâmico da estrutura quando ela está sujeita à uma carga de ventos aleatórios, gerados pela incidência de uma rajada de vento em obstáculos. Constatou-se que uma estrutura submetida à cargas de ventos aleatórios tende a se movimentar conforme seus modos de vibração. Além disso, se a oscilação da carga de ventos aleatórios tiver uma frequência próxima da frequência natural da estrutura, esta tende a obter grandes deslocamentos. / In this work, a coupled fluid-structure problem is approached, comparing the result with the modal analysis of a structure. The objective of this work is to analyze the physical phenomenon of fluid-structure interaction in flexible structures, adopting a model compatible with this situation. The coupled problem is solved using a Lagrangean-Eulerian approach for the fluid domain, whereas for the solid domain an Lagrangean approach is used. As support for solving the mathematical equations of the coupled problem, ANSYS® physical analysis software was used. A modal analysis using the Rational Fractional Polynomial method was developed for a small-scale steel structure, and the result was compared to the result obtained from the software model. Its vibrating modes and natural frequencies are used to compare with what occurred in the coupled problem. The coupled problem consists of analyzing the dynamic behavior of the structure when it is subjected to a load of random winds, generated by the incidence of a gust of wind in obstacles. It was found that a structure subjected to loads of random winds tends to move according to its modes of vibration. In addition, if the oscillation of the random wind load has a frequency close to the natural frequency of the structure, it tends to obtain large displacements.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta dissertação desenvolve-se um estudo sobre o comportamento estrutural de lajes nervuradas de concreto armado, tendo em mente o emprego destas em sistemas estruturais na engenharia civil, de forma viável sob o ponto de vista técnico e econômico. No cenário atual, diversos tipos de sistemas estruturais têm sido desenvolvidos, dentre estes as lajes nervuradas de concreto armado com base no sistema Reduzcon. Essas lajes nervuradas têm como principais características o baixo consumo de material e o peso próprio bastante reduzido. Este sistema utiliza cubas cilíndricas invertidas metálicas denominadas BRC (Barrote Redutor de Concreto), que suportam o concreto da laje. Assim sendo, este trabalho de pesquisa apresenta um estudo acerca da resposta estática e dinâmica do sistema estrutural em questão, em relação aos deslocamentos translacionais verticais e tensões; e, bem como, da resposta dinâmica do sistema sob o ponto de vista de conforto humano. Ênfase especial é dada às atividades humanas rítmicas, com base no emprego de modelos de carregamento que representem as ações inerentes à ginástica aeróbica. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados de testes experimentais que levam em conta os efeitos de multidão. A análise numérica fundamenta-se na modelagem computacional do sistema, através do Método dos Elementos Finitos (MEF), de forma a representar apropriadamente o comportamento estrutural das lajes Reduzcon. São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do programa ANSYS. As vigas de bordo, nervuras e a laje de concreto são simuladas por elementos finitos sólidos tridimensionais. / In this work a study is developed on reinforced concrete ribbed slabs behavior, having in mind there use in a viable, economic and technical point of view, in civil engineering structural systems. Nowadays several slab systems are being developed where reinforced concrete ribbed slabs Reduzcon, presents among them. One of the main characteristics of these ribbed slabs is the low material consumption and the reduced self-weight. This system uses inverted metallic cylindrical cap called BRC (Reduced Concrete Cap), which supports the concrete of the slab. This research work presents a study concerning static and dynamic response of the structural system for vertical translational displacements, stress; as well as, the dynamic response of the system under the point of view of human comfort. Special emphasis is given to the rhythmic activities of human beings, by using models implementations that represents aerobic gymnastics. The definition of dynamic actions upon the structural models were obtained based on the experimental results taking in consideration the crowd effects. The numerical analysis is based on the computational modeling of the system, through the Method of finite elements (MEF), in order to appropriately represent the structural behavior of the Reduzcon slab. Usual techniques of discretization were applied using the computer program Ansys. The edge beams, ribs and the concrete slab were simulated using three-dimensional solid finite elements.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Este trabalho de pesquisa objetiva o estudo do comportamento dinâmico de pisos mistos (aço-concreto), em edificações de andares múltiplos, sob o ponto de vista de conforto humano, quando essas estruturas encontram-se submetidas às atividades rítmicas provenientes dos seres humanos. A definição das ações dinâmicas atuantes sobre os modelos estruturais foi feita com base em resultados experimentais, com os indivíduos praticando atividades rítmicas e não rítmicas associadas à ginástica aeróbica e saltos à vontade. Os modelos estruturais investigados baseiam-se em edificações mistas de andares múltiplos. O sistema estrutural é do tipo misto (aço-concreto), composto por vigas de aço em seção do tipo I e laje de concreto armado. A análise fundamenta-se na modelagem computacional dos sistemas estruturais, através do Método dos Elementos Finitos (MEF). São empregadas técnicas usuais de discretização, por meio do emprego do programa ANSYS. Uma análise paramétrica foi desenvolvida sobre três modelos estruturais, com dois, três e quatro pavimentos. Os valores das acelerações máximas encontradas na análise são confrontados e comparados com os limites propostos por recomendações internacionais. Os resultados obtidos mostram que os limites recomendados em diversas normas de projeto foram ultrapassados. Esses resultados demonstram que atividades rítmicas oriundas dos seres humanos podem gerar acelerações de pico elevadas, violando critérios de projeto, no que concerne ao conforto humano. Foi observado também que estas ações dinâmicas podem comprometer o conforto humano em pisos adjacentes, próximos do local onde a carga dinâmica está sendo efetivamente aplicada. / The present dissertation investigates the dynamic behaviour of composite floors (steel-concrete) in multi-storey buildings when subjected to the human rhythmic activities, considering human comfort aspects. The dynamic loads were obtained through experimental tests with individuals carrying out rhythmic and non-rhythmic activities such as stimulated and non-stimulated jumping and aerobics. The investigated structural model was based on several building composite floors. The structural systems are composed of a composite (steel/concrete) solution made of an I steel profile and a reinforced concrete slab. The proposed analysis methodology adopted the usual mesh refinement techniques present in the finite element method simulations implemented in the ANSYS program. A parametric analysis was developed, using three different building composite floors with two, three and four storeys. The parametric study considered correlations between analytical and numerical results found in the technical literature. The results, in terms of maximum accelerations (peak accelerations) were compared with the limits proposed by design recommendations. The results indicated that the limits suggested by design recommendations are not satisfied. Such fact shows that these rhythmic activities may generate peak accelerations that violates design criteria when the human comfort is considered. It was verified that these dynamic loads generate considerable perturbations on adjacent areas. The influence caused by dynamic actions in adjacent floors near to the place where the load was applied also can compromise the human comfort.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-09-28T18:48:45Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Controle de Turbinas Eólicas_Eduardo_Menezes.pdf: 2248110 bytes, checksum: b04563e9c8a7cc3ae7a8af844c3aa9c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-28T18:48:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Controle de Turbinas Eólicas_Eduardo_Menezes.pdf: 2248110 bytes, checksum: b04563e9c8a7cc3ae7a8af844c3aa9c7 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / CNPQ / As turbinas eólicas são as máquinas responsáveis pela conversão de energia a partir de uma fonte primária profundamente irregular e variável, o vento. Para extrair energia do vento e transformá-la em energia elétrica de maneira eficiente e segura, os sistemas de controle são componentes essenciais das turbinas eólicas. Eles são responsáveis por regular velocidade e/ou potência e por reduzir as cargas mecânicas e as vibrações na estrutura. O crescente tamanho das atuais turbinas eólicas, que constituem estruturas de grande porte e cada vez mais flexíveis, faz com que a interação da dinâmica estrutural com os sistemas de controle se torne uma questão fundamental. O controle de pitch é utilizado para mitigar as cargas mecânicas e controlar a potência. Os sistemas de controle utilizados como padrão na indústria eólica são sistemas de uma entrada-uma saída (single-input, single-output, SISO). Sistemas avançados de múltiplas entradas e múltiplas saídas (multiple-input, multiple-output, MIMO) baseados no método de espaço de estados e no Controle por Acomodação de Distúrbios (DAC) podem melhorar a performance e resolver alguns problemas de instabilidade dinâmica que surgem com os sistemas de controle padrão. O uso de sistemas de controle avançados foi proposto e testado em trabalhos anteriores para uma turbina de médio porte, a CART-750kW, e bons resultados foram obtidos. No entanto, a mesma metodologia ainda não foi testada em turbinas de grande porte. Neste trabalho, a metodologia MIMO em espaço de estados é aplicada à turbina de grande porte NREL 5 MW, com o objetivo de controle estável de velocidade na Região 3 e de mitigação de cargas mecânicas através da adição de amortecimento ativo aos modos estruturais. Foram implantados e simulados os sistemas de controle padrão e avançados para esta turbina. Assim, é possível analisar a evolução da performance que os sistemas de controle avançados proporcionam em turbinas de grande porte e avaliar as diferenças entre as turbinas de médio porte (CART -750kW) e de grande porte (NREL 5 MW). / Wind turbines are the machines that extract energy from the wind, a primary source deeply irregular and variable. Control systems are essential for extracting wind energy and transforming it into electrical energy in a efficient and safe manner. They are responsible for regulating speed/power and reducing mechanical loads/vibrations on the structure. The increasing size of wind turbines, which are becoming large-scale and flexible structures, makes the interaction of control systems and structural dynamics a main concern. The pitch control is used to mitigate mechanical loads and to regulate power. The standard control systems used in the wind industry are single-input, single-output control systems (SISO). Advanced multipleinput, multiple-output systems (MIMO) using state-space techniques and Disturbance Accomodating Control (DAC) can improve performance and solve some problems of dynamic instability of standard control systems. The use of advanced control systems was proposed and tested in previous works for a medium-scale turbine, CART-750kW, and good results were obtained. However, the same methodology has not yet been tested in large-scale turbines. In this work, MIMO control systems are applied to the large-scale turbine NREL 5 MW, with the goal of stable speed control in Region 3 and mitigation of mechanical loads by adding active damping to the structural modes. Standard and advanced control systems were implemented and simulated. Thus, it is possible to analyze the evolution of performance provided by advanced control systems in large-scale turbines and evaluate the differences between mediumscale turbines (CART -750kW) and large-scale (NREL 5 MW).

Orientadores: Aloisio Ernesto Assan, Persio Leister de Almeida Barros / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T01:26:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BobadillaGuadalupe_Ulises_D.pdf: 1151597 bytes, checksum: 005fbfba6e1ebd787b740be4f94cbf34 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: As características que determinam o comportamento de uma estrutura sob carregamento dinâmico são as massas dos vários elementos, a rigidez dos seus membros e a dissipação de energia. Para avaliar corretamente a resposta dinâmica de uma estrutura levando em conta os efeitos da interação, é necessário incorporar as propriedades dinâmicas do solo dentro da formulação matemática do modelo físico adotado. Referido à superestrutura, os efeitos da interação alteram a resposta estrutural final, devido à inter-relação dinâmica entre o movimento do solo e o movimento da base de fundação. Conseqüentemente, se primeiro se avalia o movimento da base de fundação [produto da interação solo-estrutura (SSI)], a resposta estrutural final poderá ser resolvida depois via análise modal da superestrutura. Esta conceituação é utilizada no presente trabalho. Aqui, todo o processo de análise é feito no domínio da freqüência. A resposta estrutural é avaliada através da chamada Transformada Implícita de Fourier (ImFT), implementando-se para isto um algoritmo computacional que avalia a resposta dinâmica utilizando a ImFT eficientemente. A ImFT é uma avaliação racional das matrizes envolvendo as transformadas discretas de Fourier (DFT), para num mesmo processo matricial achar a resposta dinâmica estrutural diretamente no domínio do tempo. Correntemente, para a análise no domínio da freqüência tem-se utilizado a FFT (Fast Fourier Transform); embora a FFT seja computacionalmente eficiente, apresenta-se aqui a ImFT, um outro processo computacional alternativo à FFT e bastante eficiente para certos tipos de carregamento tais como uma excitação sísmica, que é o carregamento utilizado nesta pesquisa / Abstract: The characteristics that determine the behavior of a structure under dynamic loading are the masses of various elements, the rigidity of its members and the dissipation of energy. To properly evaluate the dynamic response of a structure taking into account the effects of the interaction, it is necessary to incorporate the dynamic properties of the soil within the mathematical formulation of the physical model adopted. Referred to the superstructure, the effects of interaction modify the final structural response due to the dynamic interrelationship between the soil motion and the base of foundation motions. Consequently, if that first assesses the base of foundation motions [product of the soil-structure interaction effects (SSI)], the final structural response can be assessed later by modal analysis of the superstructure. This concept is used in this work. Here, the whole process of analysis is done in frequency domain. The structural response is evaluated by the so-called Implicit Fourier Transform (ImFT), implementing to this a computational algorithm that assesses the structural dynamic response using the ImFT efficiently. The ImFT is a rational assessment of matrices involving the Discrete Fourier Transform (DFT) for a same matrix process find structural dynamics response directly on time domain. Commonly, for the analysis in the frequency domain has been used the FFT (Fast Fourier Transform), although the FFT is efficiently, presents itself here the ImFT, another alternative computational algorithm and quite competent to certain types of loading such as a seismic excitation which is the loading used in this study / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T21:32:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_LuanJoseFranchini_M.pdf: 31334961 bytes, checksum: 0c668b476e8b23fc3d0c578acdda9020 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O vibro-impacto de vigas ocorre devido ao contato intermitente das estruturas na presença de folgas, gerando desgaste excessivo, vibração com grandes amplitudes, falhas prematuras de componentes e altos níveis de ruído. A determinação da resposta no domínio do tempo do sistema, ou seja, deslocamentos, velocidades e acelerações, juntamente com os esforços de contato são de fundamental importância para o projeto desses sistemas, na prevenção de falhas e no controle de vibrações e ruído. Foi desenvolvido um código utilizando a linguagem MATLAB que a partir dos dados de uma malha de elementos finitos de viga, determina a resposta dinâmica da viga sobre a condição de vibro-impacto. A resposta dinâmica foi obtida utilizando a integração numérica da equação do movimento discretizada. Os métodos de integração numérica da diferença centrada, Newmark e alpha-HHT foram implementados para o caso de contato intermitente e utilizados na determinação da resposta dinâmica da estrutura. A condição de contato intermitente originada pelo processo de vibro-impacto foi tratada avaliando a condição de não penetração dos corpos nos instantes de tempo específicos definidos pelo intervalo de tempo utilizado na integração numérica. Os modelos de contato mecânico utilizados foram os modelos de força de contato proporcional e o cúbico / Abstract: The vibro-impact of beams occurs due to intermittent contact of the structures in the presence of clearances, generating excessive wear, vibration with large amplitudes, premature failure of components and high noise level. A MATLAB code was developed using the finite element model of the beam, obtaining the dynamic response of the beam with the vibro-impact condition. The dynamic response was obtained using numerical integration of the discretized equation of motion. The numerical integration method of the central difference, Newmark and alpha-HHT were implemented for the case of contact and used for the determination of the structure time response. The contact condition caused by vibro-impact process was treated evaluating the condition of nonpenetration bodies in specific instants of time defined by the numerical integration method. The mechanical contact models proportional force and cubic force were used / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: José Roberto de França Arruda, Jean-Mathieu Mencik / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-28T14:24:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_PriscillaBrandao_D.pdf: 13049086 bytes, checksum: 2f821e196dd604384d15489bda2360cb (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nesta tese de doutorado, o método dos elementos finitos ondulatórios é utilizado para cálculo da resposta harmônica de sistemas mecânicos envolvendo estruturas com periodicidade unidimensional, i.e., estruturas compostas por subestruturas idênticas arranjadas ao longo de uma direção. Tais sistemas mecânicos podem ser complexos e são comumente encontrados em aplicações de engenharia como, por exemplo, nas fuselagens de aviões. A primeira parte da tese é dedicada ao cálculo das ondas que se propagam ao longo dessas estruturas. Uma breve revisão da literatura sobre as formulações disponíveis para o problema de autovalor associado ao método dos elementos finitos ondulatórios é apresentada, assim como um estudo dos erros numéricos induzidos por estes problemas de autovalor no caso de um guia de ondas sólido. Na segunda parte desta tese, modelagens de superelementos para estruturas periódicas são propostas. Neste contexto, matrizes de rigidez dinâmica e de receptância ou flexibilidade de estruturas periódicas são expressas a partir dos modos de onda. Comparadas às matrizes de rigidez dinâmica e receptância obtidas pelo método dos elementos finitos convencional, as matrizes baseadas no método dos elementos finitos ondulatórios são calculadas de forma bastante rápida e sem perda de acuracidade. Ademais, uma estratégia eficiente de redução de ordem de modelo é apresentada. Comparada às formulações que utilizam a base completa de ondas, esta estratégia proporciona redução do tempo computacional requerido para cálculo da resposta forçada de estruturas periódicas. De fato, é mostrado que elementos espectrais numéricos de alta ordem podem ser construídos a partir do método dos elementos finitos ondulatórios. Isto constitui uma alternativa ao método dos elementos espectrais convencional, cuja utilização está limitada a estruturas simples para as quais soluções analíticas por ondas existam. A motivação por trás das formulações de matrizes de superelementos a partir do método dos elementos finitos ondulatórios está na utilização do conceito de ondas numéricas para calcular a resposta harmônica de sistemas mecânicos acoplados que envolvam estruturas com periodicidade unidimensional e junções elásticas a partir de procedimentos de montagem clássicos de elementos finitos ou técnicas de decomposição de domínio. Este assunto é tratado na terceira parte desta tese. Nesse caso, o método de Craig-Bampton é usado para expressar as matrizes de superelementos de junções por meio de modos estáticos e de interface fixa. Um critério baseado no método dos elementos finitos ondulatórios é considerado para a seleção dos modos da junção que mais contribuem para a resposta forçada do sistema. Isto também contribui para o aumento da eficiência da simulação numérica de sistemas acoplados. Finalmente, na quarta parte desta tese, o método dos elementos finitos ondulatórios é utilizado para mostrar que é possível projetar estruturas periódicas com potencial para funcionar como filtros de vibração em bandas de frequência específicas. Com o intuito de destacar a relevância dos desenvolvimentos propostos nessa tese, ensaios numéricos envolvendo guias de onda sólidos, pórticos planos e estruturas tridimensionais do tipo fuselagem aeronáutica são realizados / Abstract: In this thesis, the wave finite element (WFE) method is used for assessing the harmonic forced response of mechanical systems that involve structures with one-dimensional periodicity, i.e., structures which are made up of several identical substructures along one direction. Such mechanical systems can be quite complex and are commonly encountered in engineering applications, e.g., aircraft fuselages. The first part of the thesis is concerned with the computation of wave modes traveling along these structures. A brief literature review is presented regarding the available formulations for the WFE eigenproblem, which need to be solved for expressing the wave modes, as well as a study of the numerical errors induced by these eigenproblems in the case of a solid waveguide. In the second part of the thesis, the WFE-based superelement modeling of periodic structures is proposed. In this context, the dynamic stiffness matrices and receptance matrices of periodic structures are expressed in terms of wave modes. Compared to the conventional FE-based dynamic stiffness and receptance matrices, the WFE-based matrices can be computed in a very fast way without loss of accuracy. In addition, an accurate strategy for WFE-based model order reduction is presented. It provides significant computational time savings for the forced response analysis of periodic structures compared to WFE-based superelement modeling, which makes use of the full wave basis. Indeed, it is shown that higher-order numerical spectral elements can be built by means of the WFE method. This is an alternative to the conventional spectral element method, which is limited to simple structures for which closed-form wave solutions exist. The motivation behind the formulation of WFE-based superelement matrices is the use of the concept of numerical wave modes to assess the forced response of coupled mechanical systems that involve structures with one-dimensional periodicity and coupling elastic junctions through classic finite element assembly procedures or domain decomposition techniques. This issue is addressed in the third part of this thesis. In this case, the Craig-Bampton method is used to express superelement matrices of coupling junctions by means of static and fixed-interface modes. A WFE-based criterion is considered to select among junction modes those that contribute most to the system forced response. This also contributes to enhancing the efficiency of the numerical simulation of coupled systems. Finally, in the fourth part of this thesis, the WFE method is used to show the potential of designing periodic structures which work as vibration filters within specific frequency bands. In order to highlight the relevance of the developments proposed in this thesis, numerical experiments which involve solid waveguides, two-dimensional frame structures, and three-dimensional aircraft fuselage-like structures are carried out / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutora em Engenharia Mecânica / 2010/17317-9 / FAPESP

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Muitas aplicações da engenharia envolvem estruturas essencialmente não-lineares onde várias técnicas têm sido recentemente estudadas e investigadas por muitos pesquisadores. Dentre as várias abordagems, as que usam séries de Volterra têm apresentado propriedades úteis para fornecer um melhor entendimento para identificação e análise. Neste contexto, a presente tese propõem novas contribuições em como usar as séries de Volterra para caracterização, identificação e análise dinâmica de sistemas não-lineares usando sinais de entrada e saída e sinais somente de saída. Inicialmente, apresenta-se uma metodologia para análise de sistemas mecânicos não-lineares através das funções de resposta em frequência de alta-ordem (HOFRFs) e o conceito de HOFRFs estendidas com dados apenas de saída é introduzido e descrito em detalhes. Após isso, uma abordagem para identificação de sistemas não-lineares com base nas séries de Volterra através da expansão na base ortonormal de Kautz é proposta. Essa técnica permite identificar os seus núcleos mais facilmente e permite separar as contribuições dos termos lineares e não-lineares usando somente sinais de saída. Além disso, uma metodologia para análise modal de sistemas fracamente não-lineares sujeito a excitações com vários níveis de amplitude é também apresentada. A contribuição desse novo método reside no fato de que as HOFRFs são simplesmente estimadas como função das FRFs lineares. Basicamente, essa metodologia estende o conceito ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Most recent engineering applications involve structures essentially nonlinear where several techniques have been recently studied and investigated by many researchers. Among them, the methods based on Volterra series expansion have presented powerful properties to provide a better understanding for identification and analysis. In this context, the present thesis proposes new contributions in how to use Volterra series for characterization, identification and dynamical analysis of nonlinear systems based on input and output signals and output-only signals. Initially, a methodology for analysis of nonlinear mechanical systems through higher-order frequency response functions (HOFRFs) is presented and the concept of extended HOFRFs based on output-only is introduced and described in detail. Afterwards, an approach for identification of nonlinear systems based on Volterra series through the expansion onto orthonormal Kautz basis is proposed. This technique allows to identify the Volterra kernels easily and enable to split the contribution of the linear and nonlinear terms using input-output as well as output-only signals. Furthermore, a methodology for modal analysis of weakly nonlinear systems under multilevel excitation is also proposed. The contribution of this new approach lies in the fact that HOFRFs are simply computed as functions of the linear FRFs. Basically, it extends the conventional experimental modal analysis methods in order to characterize and treat no... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

CAPES / Esta dissertação tem como proposta investigar o comportamento dinâmico de uma ponte ferroviária sob cargas móveis por meio do método dos elementos finitos. A análise é feita considerando a interação da via com a ponte e o veículo de forma desacoplada. O modelo do veículo utilizado possui 9 graus de liberdade composto de uma associação de corpos rígidos conectados via sistemas de suspensão. As respostas dinâmicas do veículo são obtidas devido à velocidade e irregularidades da via, que são consideradas como funções senoidais harmônicas e como funções randômicas, estas duas abordagens são comparadas. Em seguida, as forças do veículo são aplicadas através das rodas do veículo no modelo de interação viaestrutura. O comportamento dinâmico do modelo via-estrutura é estudado integrando o trilho, lastro e ponte. Os trilhos são modelados como elementos superiores de pórtico e a ponte como elementos inferiores de pórtico. Os dormentes e o lastro são modelados usando a fundação de Winkler para a translação. O método de Rayleigh é usado para calcular o amortecimento estrutural. As equações de movimento de ambos os sistemas são integradas usando o método de Newmark. A influência das irregularidades da via é analisada. / This master’s thesis aims to investigate the dynamic behavior of a railway bridge under moving loads using the finite element method. The analysis is made considering an uncoupled vehicle-bridge-track interaction. The vehicle studied is a 9 degrees-offreedom model composed of an association of rigid bodies connected via suspension systems. The dynamic responses of the vehicle are obtained due to the speed and tracks irregularities, which are considered as both harmonic sinusoidal functions and randomic functions. After that, the vehicle forces are applied on the railway track-bridge model throw the vehicle wheels. The dynamic behavior of the railway track-bridge model is studied integrating the rail, ballast, and bridge. The rails are modeled as an elastic Euler-Bernoulli upper beam and the bridge as an Euler-Bernoulli lower beam. The sleepers and ballast are modeled using Winkler foundation for translation. The Rayleigh method is used to define structural damping. The equations of motion of both systems are integrated using Newmark’s method. Track irregularities influence are analyzed.