Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-25T15:57:15Z No. of bitstreams: 1 134622.pdf: 1445335 bytes, checksum: b22ad436df834572908b27ae48a75ff5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-25T15:57:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 134622.pdf: 1445335 bytes, checksum: b22ad436df834572908b27ae48a75ff5 (MD5) Previous issue date: 1974-03 / CAPES / Verificação experimental da teoria existente sobre vibração paramétrica de uma viga sujeita a uma carga axial de compressão P, menor que a carga crítica de flambagem, e por um momento torçor periódico aplicado em uma de suas extremidades, da forma T = T₀ + T₁ cos Ω t, sendo os parâmetros T₀ , T₁ e Ω independentes entre si. As regiões de instabilidade elastodinâmica, levantadas experimentalmente para diversos valores da carga de compressão, e com as condições de vínculo bi-engastada à flexão e engastada à torção, são comparadas com os resultados teóricos. / Experimental investigation of parametric resonance of a bar subjected to an axial compressive force P, smaller than the buckling load and to an oscillating torque of the type T = T₀ + T₁1 cos Ω t, , where T₀, T₁ e Ω are independent pameters. The regions of elastodynamic instability are determined experimentally for a bar fixed in flexure at both ends and fixed-free in torsion, for various values of the axial compression. The results are compared with those of an existing theory.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-29T17:08:37Z No. of bitstreams: 1 148757.pdf: 704780 bytes, checksum: f3bae2d91367e9f86f3e3975dcb28cf7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-29T17:08:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 148757.pdf: 704780 bytes, checksum: f3bae2d91367e9f86f3e3975dcb28cf7 (MD5) Previous issue date: 1978-08 / COBRAPI / CNPq / Apresenta um procedimento de otimização estrutural sujeita a restrições dinâmicas. As restrições impostas no problema de otimização podem ser subdivididas em duas classes: restrição na frequência natural da estrutura e restrição na resposta dinâmica. É apresentado um programa geral para o elemento de treliça solicitado por cargas harmônicas para efetuar as seguintes anãlises: a) análise estátistica b) frequências naturais c) análise em resposta dinâmica (P = Pₑ ⁱᵚᵗ) d) otimização em resposta ( p = Pₑ ⁱᵚᵗ) e) otimização em frequência. / Presents an optimization structural procedure under dynamic constraints. The constraints imposed on the optimization problem can be subdivided into two classes: constraint on the natural frequency of the structure and dynamic response constraint. It is presented a general computer program for the truss element under harmonic excitation to make the following analysis: a) static analysis b) natural frequencies e) dynami e response (P = Pₑ ⁱᵚᵗ) d) dynami e response optimization (P = Pₑⁱᵚᵗ) e) frequency optimization.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-20T18:07:28Z No. of bitstreams: 1 158139.pdf: 1149685 bytes, checksum: 165bbdaaaec313c6a4bbd28b6c09d515 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-20T18:07:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 158139.pdf: 1149685 bytes, checksum: 165bbdaaaec313c6a4bbd28b6c09d515 (MD5) Previous issue date: 1983-03 / Apresenta uma análise da aplicação do Método dos Elementos de Contorno ao problema definido pela vibração forçada de um par de cilindros esbeltos imersos em uma região fluida infinita. Na formulação do problema foram utilizadas hipóteses simplificadoras, reduzindo-se o mesmo à determinação de um potencial complexo. Para a realização de tal análise, foi desenvolvida a solução analítica para o problema e, com ela, foram comparados os valores obtidos através da solução numérica acima mencionada. Para a comparação de tais soluções, foram utilizados os valores dos coeficientes de massa adicionais característicos do problema. / The purpose of this work is to analyse the use of the Boundary Element Method (BEM) for solving the problem defined by the forced vibration of a pair of slender circular cylinders immersed in aninfinite fluid domain. The formulation of the problem is done through the assumption of simplifying hipoteses, which reduce its solution to a complex potential determination. In arder to perform the above mentioned analysis, an analytic solution for the problem was developed and compared with the values obtained through the BEM numerical solution. In the comparing of those solutions, the values of the additional mass coeficients for the problem were used.

Nowadays, the pedestrian footbridges present greater slenderness and have been constructed with increasingly daring structures. This fact have generated very slender footbridges and consequently changed the serviceability and ultimate limit states associated to their design. Therefore, in this investigation, the walking loading was modelled based on a probabilistic approach, in order to describe the walking force in a given pedestrian population, aiming a human comfort analysis. The pedestrian walking dynamic action is modelled considering the random nature of the following parameters: pedestrian weight, step frequency and dynamic coefficients. The mathematical model is then applied to calculate the probability of having the structure dynamic response in a particular acceleration range. The investigated structural model is associated to a steel-concrete composite footbridge, built in the campus of the Institute of Traumatology and Orthopaedics (INTO), at the city of Rio de Janeiro, Brazil. Based on the use of probabilistic methods, it was possible to determine whether the footbridge peak accelerations exceed or not the human comfort criteria established in the design standards and recommendations. The results have indicated that the peak accelerations calculated based on the deterministic methods may be overestimated in some design situations / Passarelas de pedestres com arquitetura moderna, esbeltas e leves são uma constante nos dias atuais, apresentando grandes vãos e novos materiais. Este arrojo arquitetônico tem gerado inúmeros problemas de vibrações excessivas, especialmente sobre passarelas mistas (aço-concreto). As normas e recomendações de projeto consideram, ainda, que as forças induzidas pelo caminhar humano são determinísticas. Todavia, o caminhar humano e as respectivas forças dinâmicas geradas apresentam comportamento randômico. Deste modo, o presente trabalho de pesquisa objetiva contribuir com os projetistas estruturais, a partir do emprego de uma abordagem probabilística para avaliação do estado limite de utilização deste tipo de estrutura, associado a vibrações excessivas que podem vir a causar desconforto humano. Para tal, utiliza-se como modelo estrutural uma passarela de pedestres mista (aço-concreto) construída no campus do Instituto de Traumatologia e Ortopedia (INTO), na cidade do Rio de Janeiro. Com base na utilização dos métodos probabilísticos, torna-se possível determinar a probabilidade dos valores das acelerações de pico da estrutura ultrapassarem ou não os critérios de conforto humano estabelecidos em normas e recomendações de projeto. Os resultados apontam para o fato de que os valores das acelerações de pico calculadas com base exclusivamente nos métodos determinísticos podem ser superestimados em algumas situações de projeto.

O tema está relacionado com o constante crescimento da necessidade em implantarnovas torres de telecomunicações devido ao crescimento acelerado da infraestrutura de telecomunicações no Brasil. Todos os dias, novos sistemas de transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas estão sendo implantados no território brasileiro. O objetivo deste trabalho é propor um procedimento seguro e eficaz para a análise estrutural de torres de telecomunicações em concreto armado de grande esbeltez, com base em um modelo dinâmico não linear, submetendo à carga de vento. Estas cargas são simuladas pelo método do vento sintético proposto por Franco (1993). A análise do concreto armado será realizada de acordo com a NBR-6118 (ABNT, 2007). A fim de determinar com precisão os deslocamentos da estrutura submetida ao carregamento de vento, um método iterativo computacional será utilizado obter as respostas não lineares. Realiza-se uma análise linear e, a partir dos resultados de esforços solicitantes, as tensões e a porção fissurada de cada seção transversal é obtida e parte-se para a determinação dos deslocamentos de 2ª ordem da torre. Em cada iteração, um procedimento do tipo P-Delta será utilizado para levar em conta a não linearidade geométrica da estrutura. As condições de contorno do problema estão relacionadas com a restrição do nível de tensões, deslocamentos e frequências de vibração da estrutura. Ao fim, uma análise dinâmica em torno da configuração não linear será realizada, e o deslocamento total da torre será dado pela somatória da componente estática com a componente flutuante do vento. / The theme is related to the constant growth in the need to deploy new telecommunications towers due to the accelerated growth of telecommunications infrastructure in Brazil. Every day, new systems of transmission and reception of electromagnetic waves are being implanted in the Brazilian territory. The objective of this work is to propose a safe and efficient procedure for the structural analysis of telecommunication towers with high slenderness constructed in reinforced concrete, based on a dynamic nonlinear model, submitting it to the wind load. These loads are simulated by the synthetic wind method proposed by Franco (1993). The analysis of the reinforced concrete will be held according to NBR-6118 (ABNT, 2007). In order to determine accurately the displacements of the structure subjected to wind loading, an iterative computational method will be held to obtain non-linear responses. A linear analysis is carried out and, with the results of the forces, the tensions and the fissured portion of each cross section are obtained and then 2nd order displacements of the tower. In each iteration, a P-Delta type procedure will be held to take into account the geometric non-linearity of the structure. The boundary conditions of the problem are related to the restriction of the stress level, displacements and vibration frequencies of the structure. At the end, a dynamic analysis around the nonlinear configuration will be performed, and the total displacement of the tower will be given by the sum of the static component with the floating component of the wind.

In computer simulation the term \"multibody system\" is usually employed to describe a system of interconnected bodies. Several examples of multibody systems can be found in railway engineering. A wheelset interacting with a track through a contact interface is just one example of practical interest. Modelling mechanical systems in a virtual environment contributes to the understanding of subjects such as dynamic behaviour, stability, durability, wear, fatigue, etc. In the context of a rigid-flexible multibody system mathematically described by a weak-form, the purpose of the present work is to evaluate the contributions due to rigid bodies considering their contact interactions. Inertial contributions due to distribution of mass of a rigid body are fully developed, considering a general pole position associated with a single node, representing a rigid body element. Rodrigues rotation parameters are used to describe finite rotations, by an updated Lagrangian description. Then, the so-called master-surface to master-surface contact formulation is adapted to be used in conjunction with the rigid body element and flexible bodies, aiming to consider their interaction in a rigid-flexible multibody environment. New surface parameterizations are proposed to establish contact pairs, permitting pointwise interaction in a frictional scenario. The proposed formulation is used to represent mechanical systems from different contexts, including a numerical example of the wheel-rail contact interface. The obtained results show the robustness and applicability of the methods. / Em simulação computacional o termo \"sistema multicorpos\" é usualmente empregado para descrever um sistema de corpos interconectados. Diversos exemplos de sistemas multicorpos podem ser encontrados no campo da engenharia ferroviária. Um rodeiro interagindo com a via através de uma interface de contato é apenas um dos exemplos de interesse prático. A modelagem de sistemas mecânicos em um ambiente virtual contribui para o entendimento de assuntos como comportamento dinâmico, estabilidade, durabilidade, desgaste, fadiga, etc. No contexto de um sistema multicorpos rígido-flexível descrito matematicamente por uma forma fraca, o propósito do presente trabalho é avaliar as contribuições devido à presença de corpos rígidos considerando interações de contato. Contribuições inerciais devido à distribuição de massa do corpo rígido são desenvolvidas e apresentadas em totalidade, considerando um polo genérico associado a um único nó, representando o corpo rígido. Parâmetros de rotação de Rodrigues são usados para descrever rotações finitas em uma descrição Lagrangiana atualizada. A formulação de contato master-surface to master-surface é adaptada para ser usada em conjunto com o elemento de corpo rígido e corpos flexíveis, estabelecendo a interação entre esses corpos em um ambiente de simulação multicorpos. Novas parametrizações de superfícies de contato são desenvolvidas para estabelecer os pares de contato, assumindo-se interações pontuais, em um cenário de contato com atrito. A formulação proposta é usada para representar sistemas mecânicos em diferentes contextos, incluindo um exemplo numérico do caso de contato roda-trilho. Os resultados obtidos mostram a robustez e a aplicabilidade dos métodos.

Apesar de fortes eventos sísmicos serem raros no Brasil, engenheiros estruturais brasileiros são frequentemente envolvidos em tal análise para os países latino-americanos vizinhos. Informações sobre históricos de aceleração sísmica, de natureza aleatória, não estão em geral disponíveis, devido, em parte, à falta de registros. Para contornar tal situação, os códigos de construção indicam o uso de acelerogramas artificiais, mas não fornecem metodologia para sua obtenção. A informação normalizada é o chamado espectro de resposta elástico, que fornece a aceleração de resposta máxima para um sistema linear de um grau de liberdade. Muitas pesquisas estão sendo desenvolvidas a fim de gerar acelerogramas artificiais compatíveis com os espectros de norma. Assim, neste trabalho se apresenta uma proposta para a geração de acelerograma artificial compatível com espectro de resposta regulamentar. Para exemplo de aplicação, é gerado um acelerograma artificial compatível com a Norma Brasileira NBR 15421: 2006 e aplicado à base de um edifício shear building de dez pavimentos e através de integração numérica por diferenças finitas passo-a-passo no domínio do tempo é calculado o deslocamento do último pavimento deste edifício. De forma semelhante, é gerado um acelerograma artificial compatível com a Norma Venezuelana COVENIN 1756: 2001 e aplicado à base de um reservatório d\'água sobre quatro pilares e estudado o seu comportamento elastoplástico perfeito. / Although strong seismic events are rare in Brazil, Brazilian structural engineers are often involved in such an analysis for neighboring Latin American countries. Information on seismic acceleration histories of a random nature is not generally available, due in part to the lack of records. To circumvent such a situation, building codes indicate the use of artificial accelerograms, but do not provide a methodology for obtaining them. The normalized information is the so-called elastic response spectrum, which provides the maximum response acceleration for a linear system of a degree of freedom. Many researches are being developed in order to generate artificial accelerograms compatible with the norm spectra. Thus, this paper presents a proposal for the generation of an artificial accelerogram compatible with a regulatory response spectrum. For an application example, an artificial accelerogram compatible with the Brazilian Standard NBR 15421: 2006 is generated and applied to the base of a ten-story shear building and through numerical integration by finite differences step-by-step in the time domain is calculated the displacement of the last floor of this building. Similarly, an artificial accelerogram is generated that is compatible with the Venezuelan Standard COVENIN 1756: 2001 and applied on the basis of a water reservoir on four pillars and studied its perfect elastoplastic behavior.

Este trabalho de pesquisa apresenta um modelo numérico para a análise de estruturas planas sob excitação aleatória induzida pelo vento. O comportamento não-linear da estrutura é considerado adotando-se um modelo constitutivo elasto-plástico para o material, aço estrutural. Os elementos das estruturas estudadas estão sujeitos ao surgimento e desaparecimento de rótulas plásticas, levando a um dimensionamento mais econômico. O conhecimento a respeito de vibrações aleatórias de estruturas lineares encontra-se estabelecido. Por outro lado, poucos resultados encontram-se disponíveis para o caso não linear considerado. Para a simulação de vibrações aleatórias uma análise de Monte Carlo é utilizada. Uma função de densidade espectral de potência das velocidades do vento é usada para gerar um certo número de funções harmônicas de carregamento. Os ângulos de fases destes harmônicos são gerados por um algoritmo pseudo-aleatório. Para cada função de carregamento realiza-se uma integração direta no tempo pelo método de Newmark. A grande quantidade de dados de resposta é tratada estatisticamente de modo a permitir a obtenção de conclusões, a respeito da possibilidade de ocorrência de eventos desfavoráveis, do ponto de vista da engenharia. / This work presents a numerical model to analyze structures under random dynamic excitation induced by the wind. The structure is considered to have nonlinear behavior due to the elastic-plastic constitutive law adopted for the material, structural steel. The members of the studied structures may experience formation or disappearance of plastic hinges, leading to a more economic design. Random vibrations of linear structures is a well established subject. On the other hand, very few results are available for the nonlinear case as the one considered. To simulate random vibrations a Monte Carlo type analysis is used. A power spectral density function for wind velocity is used to generate a large number of harmonic input functions. Their phase angles are generated via a pseudo-random algorithm. Numerical time integration using Newmark’s method is performed for each input function. The large amount of response data obtained is statistically treated to allow for useful engineering conclusions on the probability of occurrence of unfavorable events.

Risers são tubos que transportam fluidos do fundo do mar até as plataformas flutuantes e vice-versa. Diversas configurações e materiais são utilizados, porém apenas os steel catenary risers (SCR) são estudados neste trabalho. Os risers são estruturas extremamente esbeltas e, por isso, grande parte de seu trecho suspenso tem comportamento de cabo. Apenas em duas regiões a rigidez flexional é relevante: no hang-off (topo) e na touch-down zone (TDZ), sendo esta última a região mais complexa para análise devido ao contato unilateral com o solo. Em função dos diversos carregamentos dinâmicos a que o riser é submetido, grandes variações na curvatura ocorrem na TDZ, além de impacto e atrito com o solo, que podem reduzir a vida útil da estrutura ou até mesmo por em risco a sua integridade. Por estas razões, este trabalho visa à elaboração de uma metodologia analítica para a construção de um modelo de ordem reduzida (MOR) capaz de analisar o comportamento dinâmico não linear da TDZ de um SCR. Como na TDZ a rigidez flexional predomina sobre a rigidez geométrica, o riser é modelado como uma viga semi-infinita, tendo uma parte suspensa e outra apoiada sobre solo hipoteticamente elástico com contato unilateral. Na extremidade suspensa são impostos deslocamentos verticais e trações dinâmicas que fazem com que a posição do touch-down point (TDP) também varie com o tempo. Trata-se, portanto, de um problema com condições de contorno móveis. A metodologia adotada para a resolução deste problema foi transformá-lo em um problema de condições de contorno fixas por meio de uma transformação de variáveis. Contudo, paga-se um preço por tal transformação, e fortes não linearidades surgem na equação diferencial de movimento, tornando-a extremamente complexa para uma resolução analítica direta. Para o problema de flexão simples, consegue-se obter os modos de vibração não lineares através do método das múltiplas escalas. De posse destes modos, utiliza-se o método de Galerkin não linear para projetar a equação completa em um modo escolhido, transformando o modelo contínuo em um modelo de ordem reduzida com apenas um grau de liberdade, cuja coordenada generalizada modal é o deslocamento horizontal do TDP. Obtida a equação do MOR, nota-se que existem coeficientes que variam com o tempo, como na clássica equação de Mathieu, indicando a possibilidade de ocorrer ressonância paramétrica. Neste tipo de ressonância, entre outras possibilidades, pode ocorrer que a frequência de excitação seja o dobro da frequência natural trata-se da ressonância paramétrica principal. A equação do MOR é integrada numericamente e suas respostas são comparadas com as respostas obtidas por modelos de elementos finitos elaborados em softwares comerciais, como o Abaqus e o Orcaflex. Por fim, discutem-se as potencialidades e limitações do MOR, sendo uma grande vantagem a possibilidade de processar diversos casos facilmente, variando os parâmetros que influem nas respostas. Com este mapeamento das respostas, é possível estimar as amplitudes dos estados estacionários pós-críticos. / Risers are pipes that convey fluids from the seabed up to the floating platforms and vice-versa. Many configurations and materials are used, but only steel catenary risers (SCR) are studied in this work. Risers are extremely slender structures, and for this reason, most of the suspended part has cable behavior. Only in two regions the bending stiffness is important: at the hang-off and at the touch-down zone (TDZ), which is the most complex region for analysis because of the unilateral contact with the seabed. Due to several dynamic loads that the riser is subjected to, great curvature variations occur at the TDZ, apart from impacts and friction with the soil, which can reduce the life time of the structure or even jeopardize its integrity. For these reasons, this work aims at the development of an analytical methodology for the construction of a reduced-order model (ROM) able to analyze the nonlinear dynamic behavior of the TDZ of a SCR. As at the TDZ the bending stiffness prevails over the geometric stiffness, the riser is modeled as a semi-infinite beam, having a suspended part and another one resting on the elastic soil with unilateral contact. At the end of the suspended part, vertical displacements and dynamic tensions are imposed, that cause the TDPs position to vary with time. It is, therefore, a problem with moving boundary conditions. The methodology adopted for solving this problem was to transform it into a problem with fixed boundary conditions via a variable transformation. However, a price is paid for such a transformation, and strong nonlinearities appear in the differential equation of motion, making it extremely complex to solve analytically. For the simple bending problem, nonlinear vibration modes are obtained via the method of multiple scales. In possession of these modes, the nonlinear Galerkin method is used to project the complete equation into a chosen mode, transforming the continuum model into a reduced-order model (ROM) with only one degree of freedom whose modal generalized coordinate is the horizontal displacement of the TDP. After obtaining the ROM, it is noticed that there are coefficients that vary with time, as in the classic Mathieu equation, indicating the possibility of parametric resonance. In this kind of resonance, among other possibilities, the excitation frequency may be twice the natural frequency it is the so-called principal parametric resonance. The ROMs equation is integrated numerically and the responses are compared to those given by finite-element models studied with the help of commercial softwares, like Abaqus and Orcaflex. Finally, the potentialities and limitations of the ROM are discussed. One of the advantages is the possibility of processing several cases easily, changing the parameters that affect the responses. With this response mapping, it is possible to estimate the post-critical steady-state amplitudes that take place.

O estudo da dinâmica estrutural de risers oceânicos apresenta instigantes desafios aos pesquisadores da área da engenharia de estruturas, uma vez que os meios tradicionais de análises dinâmicas lineares nem sempre se ajustam às suas complexas particularidades. No atual estágio do desenvolvimento científico da área de engenharia de estruturas, a aplicação de técnicas de análise dinâmica não linear, dentro de determinadas hipóteses, mostra-se como uma das alternativas possíveis e viáveis à tradicional análise dinâmica linear. Com vistas a uma nova abordagem do problema, o presente trabalho adota uma metodologia de análise não linear dinâmica de risers oceânicos em configuração de lançamento de catenária, conjugada a uma técnica de processamento de Modelos de Ordem Reduzida para o estudo dos fenômenos dinâmicos manifestados por risers. Trata-se de um método de modelagem local, restrito à região de contato unilateral do riser com o solo, considerado este último um meio viscoelástico. Os resultados da aplicação desta metodologia são demonstrados nos estudos de caso apresentados com comparações com modelos numéricos (Método dos Elementos Finitos) e modelos físicos. / The dynamic study of offshore risers still demands large efforts from structural engineering researchers, since these systems may behave in a way that is not well modeled and understood using simply linear dynamic theories. Nevertheless, the current development stage of non linear dynamic theories gives hope that their use for the analyses of such systems can be of great value, even though, this must be carefully done specially by the analyst. The present work refers to a non linear dynamic methodology application to offshore risers, particularly steel catenary risers, by a technique known as reduced-order modeling, in the study of dynamic phenomena that these structures may present. The model is local, which means that it represents the touch-down zone of the riser-soil system. The soil modeling was presumed to be viscoelastic. The results obtained in case studies are compared with those from numerical (Finite Element Method) and small scale physical models.