CARDOSO, O. C. V. Análise particionada de turbinas eólicas Offshore utilizando o método de multiplicadores de lagrange localizados. 2014. 113 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-13T14:42:15Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocvcardoso.pdf: 4801586 bytes, checksum: eef398e36bf5e86cf506701b92625eca (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-13T14:43:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocvcardoso.pdf: 4801586 bytes, checksum: eef398e36bf5e86cf506701b92625eca (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-13T14:43:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_ocvcardoso.pdf: 4801586 bytes, checksum: eef398e36bf5e86cf506701b92625eca (MD5) Previous issue date: 2014-06-06 / Among the new-found data about the availability of fossil fuels, which affirms that oil and natural gas sources will be almost depleted in the next century and the coal in the following two centuries. There is a global pursuit about new ways to produce energy. Another important fact that ratify this quest, lies at rise of the environment imbalance arouse from the burn of fossil fuels which, through the greenhouse effect, leads, for instance, to melting glaciers and increasing the temperature in the earth. The wind power, already used to move ships since antiquity is a relevant alternative way to produce energy, since it dispose of, at least, two great advantages, namely, it is endless and produce low negative consequences to environment. A place is considered to be good to receive the wind power engines called wind turbines, which convert the wind kinetic energy in electricity, if it is a ground plane with little amount of barriers. The sea, especially the regions far from the coast, satisfy the two latter requirement, and, furthermore, it is a place in which there are less obstructions about the noise pollution from the offshore wind turbines and there is not concern about deceases arouse in people who leave near of wind farms. In order to install the wind turbines in those spots away from the seashore, is required that its towers must be attached at the sea floor or must be develop a system that allow the turbine to float. Therefore the objective of the present work is to develop a structural modelling of the Monopile, TLP (Tension Leg Platform) and Spar type wind turbines subject using Finite Element Methods with the coupling method accomplished by Localized Lagrange Multipliers, jointly with the software SolidWorks and Autocad (drawing creation), ANSYS (mesh development) and Matlab (solver). The obtained results are relevant since such models are those which are most commonly used in offshore wind power plants. Lastly, due to the use of the latter coupling method, there is not the requisition to develop the study using meshes that agree each other. On the contrary, the analysis can be performed with non match meshes adjusting them with the Zero Moment Rule described in this present study. / Diante dos mais recentes dados com respeito a quantidade de combustíveis fósseis ainda disponíveis na natureza, os quais atestam que não há mais nem um século sequer para que o petróleo e o gás natural sejam praticamente extintos e que as reservas de carvão mineral suprirão somente mais 2 séculos de consumo, levando em conta o gasto atual. A preocupação quanto a novas formas de extração de energia se tornam necessárias e urgentes. Outro importante fator que ratifica o imediatismo de se buscar diferentes fontes de energia em detrimento de combustível fóssil, é o fato de que as emissões intrínsecas à sua queima estão gerando desequilíbrio no clima global pela intensificação do efeito estufa, apontado como um dos principais contribuidores do derretimento de geleiras e aquecimento da temperatura da terra. A energia eólica, já utilizada desde a antiguidade para auxílio de locomoção de embarcações e em moinhos de vento, se mostra uma alternativa de extrema relevância, já que, ela não é portadora dos dois problemas críticos citados anteriormente. A saber, ela é infindável e tem baixa consequência negativa ao meio ambiente. Quanto aos locais que oferecem maior rendimento e produção para instalação dos aerogeradores, responsáveis pela conversão da energia cinética do vento em energia elétrica, são os que dispõem de terreno mais plano e ausente de barreiras que impeçam a continuidade do fluxo de vento. O mar, sobretudo as regiões mais distantes da costa, satisfazem às duas necessidades citadas anteriormente, e, ainda se tratam de um local no qual não há a preocupação quanto a poluição sonora gerada pelos aerogeradores e nem com distúrbios e doenças que possam ser desencadeadas em pessoas que residam pertos de grandes parques éolicos. A utilização de aerogeradores no mar (offshore) distantes da costa, e por conseguinte, em grandes profundidades, requer torres de sustentação fixadas ao solo ou um sistema que proporcione que a turbina flutue. Diante do exposto, o trabalho em questão tem por objetivo realizar a modelagem estrutural do aerogerador flutuante (Spar), do portador de torre de tripé e do modelo monopile, sujeitos a carregamentos decorrentes de situações normais e extremas, utilizando os métodos dos Elementos Finitos juntamente com o Método de Acoplamento por Multiplicadores de Lagrange Localizados, atrelados aos softwares SolidWorks e Autocad (criação do desenho), ANSYS (malha) e Matlab (solver). E, em decorrência do fato da utilização do método de acoplamento, não há necessidade de que as malhas dos subdomínios envolvidos sejam coincidentes. Pelo contrário, pode-se utilizar malhas não encaixantes para discretizar o sistema e, nas regiões onde há contato entre malhas que não coicidem, aplica-se a Regra do Momento Zero, descrita no presente trabalho. Nesse tipo de abordagem, pode haver uma separação dos códigos computacionais utilizados para o fluido e para a estrutura, os quais são inicialmente tratados como entidades individuais e só após terem sido discretizados é que a informação sobre suas malhas é recebida pela parte do código responsável por realizar o acoplamento dos subdomínios. Problemas de malhas que não se encaixam podem surgir por diversos motivos, dentre eles, o fato de um subdomínio requerer uma malha mais refinada do que outros para que dele resultem resultados acurados. Pesquisadores de diferentes áreas podem gerar malhas separadas de distintos subdomínios e desejarem uní-los pelo método abordado nesse trabalho em uma simulação, ou a conformidade das malhas pode requerer muito tempo dispendido devido ao grande esforço computacional para a geração de malhas conformes. Por fim, a aplicação do método produz resultados de grande relevância, visto que, os modelos a que dizem respeito são os mais comumente utilizados em projetos de aproveitamento de energia eólica offshore.

LINARD, F. J. A. Projeto de um gerador com ímãs permanentes e fluxo axial de 50 KW para aplicação em geração eólica distribuída. 2014. 84 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-02-19T16:33:49Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_fjalinard.pdf: 2791736 bytes, checksum: 32e0c1a27583547cd603bb95ac58f47c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-02-19T17:15:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_fjalinard.pdf: 2791736 bytes, checksum: 32e0c1a27583547cd603bb95ac58f47c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-02-19T17:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_fjalinard.pdf: 2791736 bytes, checksum: 32e0c1a27583547cd603bb95ac58f47c (MD5) Previous issue date: 2014-04-29 / Today, there is a worldwide trend in the search for new sources of energy with the lowest possible environmental pollution and the minimum hazard for the human health, mainly due to the generation of electricity. In Brazil, according to the information database for electricity generation from Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, the energy production through wind power totalizes about 2.788 MW of power in operation now. Additionally, 163 wind farms are under construction and 127 more were allowed by the government for all the Brazilian states. This scenery, favorable to the development of wind energy, leads to several works of research in the area, related to both wind forecast and the new electric machines for wind turbines. Considering such tendency, this dissertation aims to project an electric generator with the power of 50kW, using Neodymium-Iron-Boron permanent magnets, to be exploited in generating electricity from wind energy. The chosen topology for the generator is that of the Torus machine, characterized by being simple and compact as well as by having a high efficiency. The electromagnetic modeling for analysis of the electric field generator is made by employing the commercial software COMSOL Multiphysics®, which uses the Finite Element Method (FEM) to discretize the studied domain. / Atualmente, existe uma tendência mundial para a busca de novas fontes de energia com a menor agressão possível ao meio ambiente e ao homem, principalmente com vistas à geração de eletricidade. No Brasil, de acordo com o banco de informação de geração da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, a geração por fonte eólica já totaliza cerca de 2.788 MW de potência em operação. Além dos já instalados, 163 parques eólicos estão em construção e mais 127 foram outorgados pelo governo, nos diversos estados brasileiros. Este cenário, favorável ao desenvolvimento de energia eólica, leva a diversos trabalhos na área, relacionados tanto à previsão de vento, como a novas máquinas elétricas para aerogeradores. Considerando esta tendência, a presente dissertação visa o projeto de um gerador elétrico, com potência de 50 kW, utilizando-se ímãs permanentes de Neodímio-Ferro-Boro, para aplicação na geração de eletricidade a partir da energia eólica. A topologia escolhida para o gerador é a da máquina de Torus, caracterizada por ser simples, compacta e de alta eficiência. A modelagem 3d eletromagnética para análises dos campos no gerador elétrico é feita através do software comercial COMSOL Multiphysics®, que utiliza o Método de Elementos Finitos (MEF) para discretizar o domínio estudado.

MORORÓ, L. A. T. Análise não linear geométrica de vigas laminadas de parede fina. 2013. 151 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-04-27T18:50:43Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_latmororó.pdf: 6840312 bytes, checksum: ab7ebf03353a53a806d8676a29ac26c6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-04-28T19:46:10Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_latmororó.pdf: 6840312 bytes, checksum: ab7ebf03353a53a806d8676a29ac26c6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-28T19:46:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_latmororó.pdf: 6840312 bytes, checksum: ab7ebf03353a53a806d8676a29ac26c6 (MD5) Previous issue date: 2013-06-28 / The use of thin walled laminate beams in Aeronautical, Civil, Mechanical and Naval Enginee- ring is increasing in the last years. This is due to their high stiffness/weight and strength/weight ratios. Composite beams and other structural elements tend to have thin walls due to the elevated strength of the material. Other important aspect is that, even without reaching large strains and without overcoming the elastic limit of the material, such beams present geometric nonlinear behavior due to high their slenderness, leading to large displacements and rotations. Depen- ding on the composite layup, the beams of composite materials can present several couplings between generalized stresses and strains, requiring a more complex analysis procedure when compared to isotropic beams. In this work, two three-dimensional space frame finite elements that can be used to analyze composite thin-walled beams subjected to geometric non-linearity were developed. The cross-section properties of the beams are evaluated through suitable thin walled beam theories, where the effects of the warping and transverse shear are neglected. Such theories yield a 4x4 constitutive matrix for the laminate and different levels of coupling between generalized stresses and strains can be considered. Depending of such couplings, the constitu- tive matrix can either be full or diagonal. The element independent corotational approach was used in order to consider large displacaments and rigid body rotations in space. In the local coordinate system, two elements are used, one based on the linear strain theory and the other on the Total Lagrangian formulation. The mathematical treatment of the large rotations in the space is performed by means of the rotation tensor (Rodrigues’s formula) in conjunction with the concept of the pseudovector. The computational implementations of the two finite elements proposed in this work were done in the open source software FAST ( Finite Element Analysis Tool ). The methodology used follows the classical steps used in computational methods, in- cluding formulation, implementation, verification and validation of results. Such verification is accomplished through shell and solid three-dimensional finite element models developed in the ABAQUS commercial software. The validation is performed by means of comparison with the experimental results found in literature. Regarding the evaluation of cross-sectional properties, one can observe a good agreement between the laminated beam theories adopted in this work and numerical and experimental results for all composite layups and load conditions conside- red. In the case of space frame elements, a good agreement is obtained between the results of finite elements proposed in this work and the analytical and computational results available in the literature. It is also observed that the element based on the Lagrangian formulation is more efficient than the element based on the linear theory regarding the ability to provide a satisfatory response with a less refined mesh / A utilização de vigas laminadas de parede fina nas Engenharias Aeronáutica, Civil, Mecânica e Naval tem crescido bastante nos últimos anos, devido a suas elevadas relações rigidez/peso e resistência/peso. Esses elementos estruturais normalmente apresentam paredes finas devido à alta resistência dos materiais compósitos. Outra característica importante é que, mesmo sem apresentar grandes deformações e sem que o limite elástico do material seja ultrapassado, estas vigas apresentam comportamento não linear geométrico devido à sua elevada esbeltez, acarretando em grandes deslocamentos e rotações. Dependendo da laminação utilizada, as vigas de materiais compósitos podem apresentar diversos acoplamentos entre esforços e deformações, tornando a sua análise bem mais complexa do que a análise de vigas de material isotrópico. Neste trabalho, foram desenvolvidos dois elementos finitos de pórtico espacial para análise não linear geométrica de vigas laminadas de parede fina. As propriedades seccionais da viga são avaliadas através de teorias de vigas laminadas de parede fina apropriadas, em que desprezam-se os efeitos do empenamento e do cisalhamento transversal. Tais teorias de vigas laminadas conduzem a uma matriz constitutiva 4x4, onde diferentes níveis de acoplamento entre esforços e deformações de viga são considerados, por exemplo, pode-se obter uma matriz constitutiva diagonal ou cheia. A abordagem corrotacional independente do elemento é utilizada para o tratamento de grandes deslocamentos e rotações de corpo rígido no espaço. No âmbito local, são utilizados dois elementos, um baseado na teoria linear e outro na descrição Lagrangeana Total. O tratamento matemático das grandes rotações no espaço é realizado por meio do tensor das rotações (fórmula de Rodrigues), juntamente com o conceito do pseudovetor. As implementações dos elementos finitos propostos neste trabalho são realizadas no software de código aberto FAST. A metodologia de trabalho segue o roteiro clássico de métodos computacionais, incluindo formulação, implementação, verificação e validação dos resultados. A verificação é realizada através dos modelos tridimensionais de elementos finitos de casca e sólido desenvolvidos no software comercial ABAQUS. A validação é realizada por meio da comparação com resultados de ensaios experimentais encontrados na literatura. No que diz respeito à avaliação das propriedades seccionais, pode-se verificar uma ótima concordância entre as teorias de vigas laminadas adotadas neste trabalho e os resultados numéricos e de ensaios experimentais, para todas as laminações e carregamentos considerados. No caso dos elementos de pórtico espacial, verificou-se uma ótima concordância entre os resultados dos elementos finitos propostos neste trabalho e os resultados analíticos e computacionais disponíveis na literatura. Observa-se também que o elemento baseado na descrição Lagrangeana é mais eficiente do que o elemento baseado na teoria linear no que tange à capacidade de apresentar uma resposta satisfatória com uma malha menos refinada

COELHO, R. R. A. Aplicação do método dos elementos finitos como auxílio ao projeto e ao comissionamento de sistemas de aterramento elétrico. 2015. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-06-17T12:30:56Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_rracoelho.pdf: 4165202 bytes, checksum: 7d559279f882d02d270ceb7fad103c19 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-06-17T14:18:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_rracoelho.pdf: 4165202 bytes, checksum: 7d559279f882d02d270ceb7fad103c19 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-17T14:18:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_rracoelho.pdf: 4165202 bytes, checksum: 7d559279f882d02d270ceb7fad103c19 (MD5) Previous issue date: 2015-05-27 / The main aim of this work is to apply the finite element method (FEM), modeled in short circuit current conduction problems at industrial frequency, calculating grounding resistance and verifying whether a particular project is within the safety specifications. The work optimization techniques for soil modeling are used and the FEM is applied as a way to aid substation commissioning, simulating the Fall of Potential method (FOP) as well as step and touch potential experimenting. The research presents the optimal model of soil found by the minimization of the error between the apparent resistivity curve extracted from electrical soil resistivity measurements. The method of Wenner and a theoretical curve of apparent resistivity for a model of "N" horizontal layers is used as well as the algorithm Particle Swarm Optimization (PSO); a fairly consolidated optimization, a metaheuristic, which recorded an excellent performance when applied to a solution of this problem. Various soil stratification were performed using optimization techniques, and the results of case studies that use graph method, extracted from literature were confronted with this method. The model of grounding problems using the FEM was presented as an alternative solution to the project using the IEEE Std 80, being possible to determine the spatial distribution of the electric potential at all points of the soil, which was modeled as heterogeneous, so getting to know the regions of the project which have the highest potential levels of step and touch. The FEM was also applied to determine the exact location of potential probe in the ground resistance measurement test which was validated through field experiments and through results extracted from literature. The method was also applied to the determination of the potential levels of step and touch existing in a substation, being the testing simulated and proven through field experiments / Este trabalho tem como objetivo principal, aplicar o método dos elementos finitos (FEM), modelados em problemas de condução de corrente de curto-circuito à frequência industrial, calculando a resistência de aterramento e verificando se um determinado projeto está dentro das especificações de segurança. São utilizadas técnicas de otimização para a modelagem do solo e aplicado o FEM como forma de auxílio ao comissionamento de subestações, simulando o método da queda de potencial e ensaios de potenciais de passo e de toque. É apresentado o modelo ótimo do solo, encontrado através da minimização do erro entre a curva de resistividade aparente extraída de medições de resistividade elétrica do solo através do método de Wenner e uma curva de resistividade aparente teórica para um modelo de “N” camadas horizontais. O referido modelo utiliza o algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), uma metaheurística de otimização bastante consolidada e que apresenta uma excelente performance quando aplicada à resolução deste problema. Foram realizadas diversas estratificações do solo utilizando técnicas de otimização. Quanto ao resultado de estudos de caso foram utilizados métodos gráficos extraídos da literatura e confrontados com este método. O modelo de problemas de aterramento utilizando o FEM foi apresentado como solução alternativa ao projeto utilizando a norma IEEE Std 80, sendo possível determinar a distribuição espacial do potencial elétrico em todos os pontos do solo, que foi modelado como heterogêneo, conhecendo-se assim as regiões do projeto que possuem os maiores níveis de potenciais de passo e de toque. O FEM também foi aplicado na determinação da localização exata da sonda de potencial no ensaio de medição de resistência de aterramento, sendo validado através de ensaios de campo e através de resultados extraídos da literatura. O referido método também foi aplicado na determinação dos níveis de potencias de passo e de toque existentes em uma subestação, sendo os ensaios simulados e comprovados através de experimentos de campo

DANTAS JÚNIOR, E. M. Análise não linear de compósitos laminados utilizando o método dos elementos finitos. 2014. 116 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T18:22:16Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-10-09T18:24:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-09T18:24:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_emdantasjunior.pdf: 3387549 bytes, checksum: 3a04cdd37e7565452a7d2944eeee341f (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / Composite materials has been widely studied thought the years because of it benefits compared to metals (elevated resistance/weight ratio, good thermal isolation and good fatigue resistance). Laminate composites are the focus of this work. Produced by stacked layers of fibers embed- ded on polymeric matrices, structures of composite materials presents material and geometrical non-linear behavior. Because of it elevated resistance, composite materials allow designers to create very slender structures which might present large displacements and stability problems. Additionally, considering material non-linearity is also important for collapse simulation of la- minated structures. One of the most important failure modes on laminated structures is delami- nation. Delamination is the detachment of adjacent layers. On laminated structures simulation, the Finite Element Method is one of the most used analysis tool. It is a robust, precise and relative simple operating tool. Intending analyzing non-linear behavior of laminated structures subjected to large displacements, was developed on this work a laminated solid finite element formulation based on Full Lagrangian formulation. Simulation of delamination beginning and propagation was developed on this work using Cohesive Zone models. To achieve this goal, an isoparametric formulation of interface finite elements without thickness and many constitutive models to represent the relation tension × displacement jump (relative displacement between crack faces) were developed. These models consider pure mode I and mixed mode. The formu- lations developed on this work were implemented on the open source finite element code FAST using Oriented Object Programing philosophy. These implementations are presented on UML conventions. Many examples were tested for verifying and validating all the implementations. Excellent results were obtained using laminated solid elements on the analysis of a shell struc- ture, even using meshes with only one element though thickness. On the delamination analysis, was verified that Cohesive Zone Models are very sensible related to the parameters used on the analysis, mainly tension × displacement jump model, size of elements and numerical integra- tion. Spite of it, using Newton-Cotes integration and interface elements of appropriate size, good agreements were obtained compared with theoretical results obtained on literature. In general, was observed that cohesive exponential model presents greater robustness and compu- tational efficiency than bilinear model / Materiais compósitos vem sendo amplamente estudados devido aos seus inúmeros benefícios em relação aos materiais metálicos, principalmente a elevada razão resistência/peso, bom iso-lamento térmico e boa resistência à fadiga. Compósitos laminados, foco do presente trabalho, são produzidos pelo empilhamento de um conjunto delâminas, cada uma composta de fibras unidirecionais ou bidirecionais imersas em uma matriz polimérica. As estruturas de materiais compósitos apresentam comportamento não linear, tanto físico quanto geométrico. Devido à elevada resistência, estruturas de material compósito tendem a ser bastante esbeltas, podendo apresentar grandes deslocamentos e problemas de estabilidade. Adicionalmente, a consideração da não linearidade física também é importante para a simulação de falha de estruturas laminadas. Um dos modos de falha mais importantes destas estruturas é a delaminação, que consiste no descolamento de duas lâminas adjacentes. No projeto de estruturas laminadas, o Método dos Elementos Finitos é a ferramenta de análise mais utilizada devido a sua robustez, precisão e relativa simplicidade. Afim de permitir a análise não linear de estruturas laminadas submetidas a grandes deslocamentos, foi desenvolvida neste trabalho uma formulação de elementos finitos sólidos laminados baseados na abordagem Lagrangiana Total. A simulação do início e propagação da delaminação foi realizada neste trabalho utilizando Modelos de Zona Coesiva. Para este fim, foi desenvolvida uma formulação de elementos isoparamétricos de interface com espessura nula e utilizados diferentes modelos constitutivos para representar a relação entre as tensões e os deslocamentos relativos das faces da trinca coesiva, incluindo tanto o caso de modo I puro quanto de modo misto. As formulações desenvolvidas neste trabalho foram implementadas no software de código aberto FAST utilizando afilosofiade Programação Orientada a Objetos. Estas implementações são apresentadas utilizando as convenções da UML. Vários exemplos foram utilizados para verificar e validar as implementações realizadas. Excelentes resultados foram obtidos utilizando elementos sólidos laminados na análise de estruturas de casca, mesmo empregando malhas com apenas um elemento sólido na espessura. No que diz respeito à delaminação, verificou-se que o uso de Modelos de Zona Coesiva requer muito cuidado na escolha dos parâmetros utilizados na análise, principalmente no que diz respeito à relação tensão-deslocamento relativo, tamanho dos elementos e método de integração numérica. Contudo, utilizando-se a integração de Newton-Cotes e elementos de interface de tamanho adequado, obteve-se uma concordância muito boa com resultados teóricos e experimentais disponíveis na literatura. De forma geral,verificou-se que o modelo coesivo exponencial apresenta maior robustez e eficiência computacional que o modelo bilinear

BARROSO, E. S. Análise e otimização de estruturas laminadas utilizando a formulação isogeométrica. 2015. 156 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-26T14:01:47Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_esbarroso.pdf: 8449592 bytes, checksum: b68f6e9c56e0f7bc24940658a8e058be (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-29T18:00:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_esbarroso.pdf: 8449592 bytes, checksum: b68f6e9c56e0f7bc24940658a8e058be (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-29T18:00:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_esbarroso.pdf: 8449592 bytes, checksum: b68f6e9c56e0f7bc24940658a8e058be (MD5) Previous issue date: 2015-09-29 / The laminate structures are made using a set of layers of a composite material stacked in a particular sequence in order to obtain a good structural performance. Currently, the analysis of laminated structures is mainly performed using the Finite Element Method (FEM). However, this method is not able to accurately represent complex geometries. An alternative to the FEM is the Isogeometric Analysis (IGA). IGA uses in the numerical analysis the same functions used by Geometric Modeling in CAD systems, as B-splines and NURBS, allowing an exact representation of the geometry regardless of model discretization level. This study used the isogeometric formulation based on NURBS for performing geometric nonlinear analysis of laminated structures. This formulation was implemented in an academic finite element software. Using an appropriate formulation of the method and the Object Oriented Programming (OOP), it was possible to minimize the changes made in the structure of the program for implementing the Isogeometric Analysis, including in laminated structures problems. The verification of the implementation is carried out based on available examples in literature. Several examples of linear and non-linear analyzes of structures with isotropic and laminated composite material were performed and they obtained excellent results. In laminated structures project, it is necessary to determine the number of layers of composite material and the characteristics of each layer (material, thickness, and fiber orientation). Because there are numerous possible combinations, the standard procedure based on trial and error is not appropriate, requiring the use of optimization techniques. Bio-inspired optimization algorithms, such as Genetic Algorithms and Particle Swarm Optimization, perform well in combinatorial optimization problems. Considering these aspects, the present study was developed a hybrid algorithm, based on the Particle Swarm Optimization and Genetic Algorithm methods for optimization of laminated structures. Some variants of the proposed algorithm were compared considering several optimization examples. A calibration process of the algorithm parameters was conducted in order to avoid biased results. These variants were used in the optimization of laminated plates and shells. In the case of shells, the isogeometric analysis was used as a structural analysis tool. The results showed that the proposed optimization method presents comparable performance with the genetic algorithms in traditional laminates optimization, where the orientation of the fibers is limited to a few angles. Moreover, the proposed method outperforms genetic algorithm in the optimization of dispersed laminates. / As estruturas laminadas são fabricadas utilizando um conjunto de camadas de material compósito empilhadas em uma sequência determinada de forma a se obter um desempenho estrutural adequado. Atualmente, a análise de estruturas laminadas é realizada principalmente utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). Contudo, este método não é capaz de representar exatamente geometrias complexas. Uma alternativa ao MEF é a Análise Isogeométrica (AIG). A AIG utiliza na análise numérica as mesmas funções utilizadas pelo sistemas CAD para Modelagem Geométrica, como as B-Splines e NURBS, permitindo que a geometria dos modelos seja representada de forma exata para qualquer nível de discretização adotado. O presente trabalho utilizou a formulação isogeométrica baseada em NURBS para realizar a análise não linear geométrica de estruturas laminadas. Esta formulação foi implementada em um software acadêmico de análise por elementos finitos. Utilizando uma formulação apropriada do método e o paradigma de Programação Orientada a Objetos (POO), foi possível minimizar as alterações realizadas na estrutura deste programa para a implementação da Análise Isogeométrica, inclusive em problemas de estruturas laminadas. A verificação da implementação foi realizada com base em exemplos disponíveis na literatura. Exemplos de análises lineares e não-lineares de estruturas com material isotrópico e compósito laminado foram realizados, tendo obtido excelentes resultados. No projeto de estruturas laminadas é necessário determinar o número de camadas de material compósito e as características de cada camada (material, espessura e orientação das fibras). Pelo fato de existirem um grande número de combinações possíveis, o procedimento padrão de tentativa e erro não é apropriado, sendo necessário a utilização de técnicas de otimização. Algoritmos de otimização bio-inspirados, como Algoritmos Genéticos e Nuvem de Partículas, apresentam bom desempenho em problemas de otimização combinatória. Considerando estes aspectos, no presente trabalho foi desenvolvido um algoritmo híbrido, baseado nos métodos da Nuvem de Partículas e Algoritmo Genético, para otimização de estruturas laminadas. Algumas variantes do algoritmo proposto foram comparadas considerando vários exemplos de otimização. Um processo de calibração dos parâmetros numéricos do algoritmo de otimização foi realizado, de modo a permitir uma comparação isenta entre as variantes. Estas variantes foram utilizadas na otimização de placas e cascas laminadas. No caso de cascas, a análise isogeométrica foi utilizada como ferramenta de análise estrutural. Os resultados obtidos mostraram que o método de otimizaçao proposto apresentou desempenho comparável com Algoritmos Genéticos na otimização de laminados tradicionais, onde a orientação das fibras é limitada a poucos ângulos. Por outro lado, o método proposto obteve desempenho superior ao Algoritmo Genético na otimização de laminados dispersos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-15T04:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347278.pdf: 32328237 bytes, checksum: e0c551dadd49b25552fe3b726679d1b4 (MD5) Previous issue date: 2017 / Motivada pelo crescente uso de materiais poliméricos bioabsorvíveis no projeto e fabricação de implantes de uso médico (âncoras de sutura, parafusos de interferência, pinos, suportes, stents, a presente tese tem como objetivo propor um modelo constitutivo capaz de representar a resposta mecânica de materiais que, quando submetidos a solicitações mecânicas e químicas, apresentam comportamento resultante do acoplamento de deformações elasto-viscoplásticas, dano dúctil e dano decorrente de degradação química (hidrólise). O modelo foi formulado em um contexto de cinemática não linear, de maneira a permitir simulações que consideram deslocamentos e deformações finitas condizentes com a baixa rigidez dos materiais poliméricos. O modelo proposto é sustentado por uma base teórica termodinamicamente consistente e utiliza variáveis internas para tratamento dos fenômenos dissipativos. A atualização temporal das variáveis internas segue princípios variacionais relacionados a caminhos de extremização de funções potenciais. O algoritmo de atualização resultante possui uma estrutura operacional simples que confere robustez ao procedimento. O modelo foi implementado numericamente em um código de elementos finitos acadêmico bem como em um programa comercial (ABAQUS/UMAT), viabilizando assim a simulação de geometrias e condições de carregamento complexas. Vários testes numéricos que reproduzem situações típicas de aplicação foram executados e discutidos, permitindo comprovar a eficácia do modelo proposto em acoplar os fenômenos citados e possibilitando estimar a resposta de dispositivos submetidos simultaneamente a solicitações mecânicas e químicas. Assim, comprova-se o real potencial da formulação proposta no auxílio ao desenvolvimento e verificação de projetos de novos produtos.<br> / Abstract : Having been motivated by the increasing use of bioabsorbable materials for the design and production of medical devices (suture anchors, interference screws, pins, scaffolds, stents), this thesis aims at proposing a constitutive model capable of representing the mechanical behavior of materials that, once subjected to mechanical and chemical loading conditions, respond by means of coupling effects between elastic-viscoplastic deformation, ductile damage and chemical (hydrolytic) degradation. The model is formulated in the context of nonlinear kinematics allowing for finite deformations associated with polymeric materials. The formulation is grounded on a consistent thermodynamic theory and makes use of internal variables in order to deal with dissipative phenomena. The incremental update of internal variables follows variational principles related to the extremization of potential functions. The update-algorithm has a simple operational scheme, resulting in a robust computational procedure. The model was implemented into an in-house finite-element academic code as well as into a commercial software (ABAQUS/UMAT),making possible the simulation of complex geometric and loading conditions. Several numerical tests reproducing aspects of typical applications were performed and the results reported are then discussed. By doing so, the effectiveness of such a proposal in representing the above-mentioned coupling effects and its real potential to support the development and verification of new products are attested.

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Porto Alegre, 2016. / Made available in DSpace on 2017-08-28T16:22:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343975.pdf: 22683072 bytes, checksum: d6192c7188457dac47ab1744ff4adcfe (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho de doutorado versa sobre a simulação numérica das etapas construtivas de pontes estaiadas através do método dos elementos finitos, utilizando a plataforma ANSYS, versão 14.5. A justificativa da realização deste trabalho vem da crescente utilização deste tipo de estrutura de ponte no Brasil, devido, principalmente, ao seu bom comportamento estrutural e pela possibilidade de uso de uma estrutura mais leve, esbelta e econômica. Inicialmente, foi feita uma pesquisa abrangente sobre os componentes estruturais e concepções de projetos mais utilizados. Em seguida, estudaram-se as relações constitutivas de cada material constituinte, a fim de melhor representá-los na simulação numérica. Para a representação das equações constitutivas do concreto, implementou-se um novo modelo de material visco-elastoplástico com fissuração, com a ajuda da ferramenta de customização UPF (User Programmable Features), onde foram adicionadas novas sub-rotinas ao programa principal em linguagem FORTRAN. Como o objetivo final desta tese era trabalhar com análise estrutural das etapas construtivas de pontes estaiadas, envolvendo um número muito grande de elementos finitos, a implementação deste novo modelo possibilitou a utilização de elementos tridimensionais quadráticos de 20 nós (SOLID186) com armadura incorporada (REINF264), tornando a solução do problema mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas acrescentadas ao sistema, foram simuladas dezesseis vigas em concreto armado, ensaiadas por Leonhardt e Walther (1962) e por Bresler e Scordelis (1963), e uma viga segmentada com protensão externa, ensaiada por Aparicio et al (2002). A comparação de resultados das análises numéricas e experimentais mostraram boa aproximação. Após a validação das sub-rotinas, foi modelada numericamente a Ponte do Saber, localizada na cidade do Rio de Janeiro, seguindo fielmente as etapas construtivas adotadas na construção da ponte. A partir dos dados de monitoramento desta ponte, durante a fase executiva, foi possível comparar os valores obtidos no modelo numérico com as informações coletadas em campo, obtendo-se bons resultados.<br> / Abstract : This doctoral thesis presents the numerical simulation of the construction stages of cable-stayed bridges using the finite element method, through the ANSYS software, version 14.5. This work is justified by the increasing use of such structures in Brazil, mainly due to its good structural behavior and the possibility of using a lighter, slender and economic structure. Initially, it presents the results of a research about the structural components and the commonly used design concepts. Then, the constitutive relations of each constituent material were studied, in order to best represent them in the numerical simulation. For the representation of the constitutive equations of concrete, it was implemented a new model of visco-elastoplastic material with cracking. That was made with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features), where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The final goal of this thesis is to work with structural analysis of the construction stages of cable-stayed bridges, involving a very large number of finite elements. Therefore, the implementation of this new model enabled the use of three-dimensional quadratic elements of 20 nodes (SOLID186) with embedded reinforcement (REINF264), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, sixteen reinforced concrete beams tested by Leonhardt and Walther (1962) and by Bresler and Scordelis (1963), and a segmental beam with external prestressing, tested by Aparicio et al (2002) were simulated. The comparison of results of numerical and experimental analyzes showed good approximation. After validation of the subroutines, it was numerically modeled the Saber Bridge, located in the city of Rio de Janeiro, following exactly the constructive steps taken in the construction of the bridge. Based on the monitoring data of the bridge during the construction phase, it was possible to compare the values obtained from the numerical model with the information collected in the field, obtaining good results.

Viele S augetiere nutzen Vibrissen als taktile Sinnesorgane, um sich in ihrer Umwelt zurechtzu nden. Besonders Nagetiere, die ihre Vordergliedma en neben dem Laufen auch zum Greifen nutzen, weisen h au g nahe des Handgelenks carpale Vibrissen auf. Uber diese ist bisher wenig bekannt. Damit technische Systeme mit taktilen Sensoren nach dem Vorbild carpaler Vibrissen ausgestattet werden k onnen, m ussen die Eigenschaften letzterer bekannt sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Beitrag zur dynamischen Charakterisierung der Vibrissen geleistet. Es werden zun achst ein analytisches Modell und ein Finite-Elemente-Modell zur Beschreibung der Vibrissenschwingung entwickelt. Sie dienen der Uberpr ufung der Messwerte und der Parameteridenti kation. Eine Modalanalyse konnte erfolgreich durchgef uhrt und die Ergebnisse mit den Messdaten verglichen werden. Anschlie end werden verschiedene Verfahren getestet und hinsichtlich ihrer Eignung bewertet, die dynamischen Eigenschaften carpaler und mystacialer Vibrissen zu bestimmen. Die Vibrissenauslenkung wird optisch mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bzw. mittels Makrofotogra e dokumentiert. Die Auswertung der Daten erfolgt in Matlab. Ergebnisse lassen sich zum einen mittels einer einmaligen Auslenkung der Vibrisse mit einem Festk orper erzielen: Aus der freien, ged ampften Schwingung des Haars werden die Eigenfrequenz und der D ampfungsgrad ermittelt. Zum anderen kann mit der Anregung durch einen Schwingerreger der Amplitudengang bestimmt werden. / Many mammals use whiskers to acquire information about their environment. Especially those rodents that use their forelimps not only for walking but also for climbing and handling food possess tactile hair near their wrists. Little is knwon about these so-called carpal vibrissae. In order to successfully implement vibrissa-like sensors in engineering applications, it is necessary to characterize the biological model. Within this thesis, an analytical and a nite element model are being developed in order to describe the oscillation of the vibrissa. Furtheron, they are to be used as reference for experimental data. A modal analysis is successfully implemented and the results were then compared to experimental data. In order to derive the ideal experimental setup for the characterization of carpal vibrissae, several approaches to the excitation of a single vibrissa are tested and evaluated. All experiments are documented optically, using either a high-speed camera or macro photography. Analysis of the data is conducted in Matlab. Two setups show promising performance: A one-time de ection of the vibrissa resulting in a free damped oscillation yields good results for both eigenfrequency and damping ratio while an excitation of the vibrissa via a vibration system leads to the amplitude response of the hair. / Tesis

O presente trabalho tem como objetivo comparar os diferentes métodos de estimativa das tensões residuais geradas pela Autofretagem. Empregou-se o método de G.SACHS(4) na determinação experimental das tensões. São empregados os métodos analíticos de Timoshenko(1), Mendelson(2) e Chen(3), com os critérios de Von Mises para o primeiro e de Tresca para os demais. O método numérico empregado é o Método dos Elementos Finitos com o critério de Von Mises. Na análise dos resultados verifica-se que os métodos que empregam o mesmo critério de tensão equivalente concordam entre si. Formulase então a hipótese de que qualquer dos métodos empregados conduzirá ao mesmo resultado, desde que empregando o mesmo critério de tensão equivalente. Para testar-se tal hipótese altera-se, inicialmente, o método de Chen para emprego do critério de Von Mises. Como o resultado é positivo, altera-se então o método de Mendelson para o emprego com o critério de Von Mises, o que também confirma a hipótese formulada. / The work aims to compare some different methods to evaluate residual stresses in a Autofretted tube. The experimental part was carried out through G.SACHS(4) method, and the analitycal part applied Timoshenko's Method(1), Mendelson's Method(2) and Chen's Method(3), making use of the Von Mises equivalent stress criteria for the first one and the Tresca equivalent stress criteria for the last two. Also, the numerical method applied was the Finite Element through the Von Mises cri teria. The results allowed to observe that those methods which made use of the same equivalent stress criteria would tend to the same results. To test this hypothesis, the Chen's Method was changed from Tresca criteria to Von Mises criteria. As the results were satisfactory, the Mendelson's Method was changed to Von Mises criteria, and the answers confirmed the hypothesis as well.