A área de pesquisa de testes não-destrutivos é muito importante, trabalhando com o diagnóstico e o monitoramento das condições dos componentes estruturais prevenindo falhas catastróficas. O uso de algoritmos genéticos para identificar mudanças na integridade estrutural através de mudanças nas respostas de vibração da estrutura é um método não-destrutivo que vem sendo pesquisado. Isto se deve ao fato de que são vantajosos em achar o mínimo global em situações difíceis de problemas de otimização, particularmente onde existem muitos mínimos locais como no caso de detecção de dano. Neste trabalho é proposto um algoritmo genético para localizar e avaliar os danos em membros estruturais usando o conceito de mudanças nas freqüências naturais da estrutura. Primeiramente foi realizada uma revisão das técnicas de detecção de dano das últimas décadas. A origem, os fundamentos, principais aspectos, principais características, operações e função objetivo dos algoritmos genéticos também são demonstrados. Uma investigação experimental em estruturas de materiais diferentes foi realizada a fim de se obter uma estrutura capaz de validar o método. Finalmente, se avalia o método com quatro exemplos de estruturas com danos simulados experimentalmente e numericamente. Quando comparados com técnicas clássicas de detecção dano, como sensibilidade modal, os algoritmos genéticos se mostraram mais eficientes. Foram obtidos melhores resultados na localização do que na avaliação das intensidades dos danos nos casos de danos propostos.

Neste trabalho apresenta-se a implementação da matriz de amortecimento viscoelástica para um programa computacional de análise de cascas laminadas de materiais compósitos. A formulação apresentada permite realizar análises dinâmicas de estruturas laminadas com a consideração do efeito do amortecimento para dois modelos diferentes: Kelvin e Zener. A matriz de amortecimento foi implementada de duas formas: proporcional à massa ou proporcional à rigidez. A equação do movimento do sistema dinâmico foi resolvida utilizando-se o método de Newmark para integração direta. Para o modelo Zener foi desenvolvida uma análise para um elemento com 1 grau de liberdade. Apresentam-se exemplos de aplicações da formulação para modelos viscosos, implementadas no programa de elementos finitos, submetidos a diferentes tipos de carregamentos, como carga distribuída e cargas de impacto com diferentes tipos de excitações. Comparações entre o comportamento dos modelos Kelvin e Zener foram realizadas para validar os resultados obtidos.

Apesar de todo avanço da engenharia, o fenômeno da fadiga em estruturas continua causando pesadas perdas econômicas e em vidas. Portanto, investimentos na simulação e entendimento do fenômeno continuam sendo prioritários na engenharia. As simulações numéricas de fadiga, em especial a nível microscópico, vem ganhando grande atenção da comunidade científica internacional em anos recentes, pois vem permitindo um entendimento melhor da física do fenômeno. Para tais simulações, modelos discretos de fratura têm sido empregados, em especial o método das interfaces coesivas. Neste contexto se insere o presente trabalho, cujo objetivo principal foi a implementação de uma forma de considerar o dano numa relação constitutiva de interface coesiva. Neste caso, se a carga na ponta da trinca não é monotônica crescente, um dano cumulativo se desenvolve podendo, em cargas cíclicas, levar a propagação da trinca mesmo para níveis de carga inferiores a de ruptura estática. Interessante que tal implementação pode mudar o comportamento da propagação de trincas mesmo no caso de cargas monotônicas crescentes aplicadas, pois descargas localizadas podem ocorrer na ponta da trinca. Este trabalho analisou algumas formas de considerar o dano, que basicamente consiste na modificação da forma como se dá a descarga da relação constitutiva de interface. Há varias formas alternativas de realizar tal descarga. Não se teve como objetivo deste trabalho esgotar todas as alternativas, nem propor novas alternativas, mas sim analisar o efeito das descargas mais empregadas na literatura. As aplicações foram divididas em duas partes. Na primeira analisou-se o efeito da descarga em cargas externas monotônicas crescentes. Observou-se que houve descarga na ponta da trinca na propagação e uma conseqüente mudança nos resultados com a modificação da lei constitutiva de descarga. Tais exemplos foram casos de impacto, rodados com o método das diferenças finitas centrais. Foi observado que, para tais exemplos, o uso da condição CFL aplicada a elementos volumétricos está muito longe de conferir estabilidade ao método (a condição CFL, ou Courant-Friedrichs-Lewy, estabelece as condições mínimas de estabilidade numérica no método das diferenças centrais, conforme detalhado no Apêndice A). O problema acontece uma vez que a condição CFLnão pode ser aplicada aos elementos de interface, pois estes têm espessura nula, ao menos no início do processo. Na segunda parte, analisou-se casos com fadiga em tração, na qual somente o modo I de propagação foi considerado. Efeitos dinâmicos foram desprezados neste caso. As análises se restringiram à MFLE, ou seja, a zona de plastificação na ponta da trinca era pequena frente as demais dimensões. Dependendo do tipo de descarga, resultados coerentes com a literatura foram obtidos. / The fatigue phenomenon in structures is still causing heavy losses economically and in lives, even considering the recent advances of Engineering. Therefore, investments in simulation and knowledge of the phenomenon remain priority in Engineering. The simulations of fatigue. specially at microscopic level, have received great attention from international scientific community in recent years and a better understanding of the phenomenon physics was possible. For such simulations, discrete fracture models have been used, in special, the cohesive interface method. The present work is focused in this context, being its main goal to implement a way to consider damage in a cohesive interface constitutive relation. In this case, if the load at the crack tip is not monotonically crescent, a cumulative damage occurs that may lead, under cyclic loads, to crack propagation even for load levels below static rupture load. Interesting that such implementation can change crack propagation behavior even under monotonically crescent applied loads, since localized unloading may occur at the crack tip. This work analyzed some ways to consider damage, which basically consists in the modification of the unloading of the interface constitutive relation. There are many ways to do such unloading. The present work did not aim to explore all possibilities, or to propose new ones, and focused only on the most used unloading laws used in literature. Applications were divided in two parts. The first analyzed the unloading effect under monotonically crescent applied loads. It was observed that localized unloading at the crack tip took place during propagation, leading to changes in results when the unloading of the constitutive law was changed. These examples were dynamic and were analyzed using the Central Differences Method. It was observed that CFL condition applied to volumetric Finite Elements, is far from granting stability of the method (the CFL condition, or Courant-Friedrichs-Lewy, establishes the minimum numerical stability conditions for the Central Differences Method, as detailed in Appendix A). The reason is that CFL condition can not be applied to interface elements, since they have null thickness, at least at the begining of the analysis. The second part, fatigue cases in tension were analyzed where only mode I of propagation was present. Dynamic effects were neglected. The cases were restricted to Linear Elastic Fracture Mechanics, i. e., crack tip plastification zone was smallcompared to other dimensions. Results were coherent with literature, depending on unloading relationship used.

Esta dissertação apresenta uma contribuição à compreensão e quantificação do amortecimento em amortecedores, como uma base para o projeto e construção de um amortecedor viscoelástico e determinação experimental de suas propriedades, para aplicação na redução das amplitudes de vibração, em estruturas submetidas a excitações dinâmicas. Uma breve revisão histórica do uso de amortecedores viscoelásticos, na indústria de construções, é inicialmente apresentada. Modelos reológicos são então discutidos, com ênfase sobre a influência da temperatura, freqüência, amplitude de deslocamento, envelhecimento e pré-carga sobre os parâmetros de amortecimento. Modelos matemáticos disponíveis necessários para a descrição do fenômeno e métodos para a medida do amortecimento são, a seguir, descritos. Finalmente, um amortecedor viscoelástico é projetado e construído, utilizando-se recursos locais. Seu comportamento é experimentalmente determinado em uma máquina de teste servo-hidráulica MTS-810. A influência de vários fatores, tais como temperatura, freqüência e amplitude de vibração são avaliados, e conclusões são tiradas sobre a aplicação deste tipo de amortecedor, em construções e estruturas industriais.

A presença de um universo de fatores adversos tem levado as edificações do patrimônio cultural a graus avançados de degradação e, muitas vezes, à perda total. O estudo de danos em edificações considera que, sendo conhecidas as causas da degradação, mais eficientes podem vir a ser os diagnósticos e mais adequadas as soluções de saneamento. Este trabalho apresenta, através de urna visão generalista e sistemática, urna contribuição para a identificação dos principais fatores de degradação e dos danos causados pelos mesmos. Agentes climáticos, agentes biológicos e a ação do homem são apontados pela pesquisa bibliográfica corno os principais agentes de degradação. A descrição sistemática proposta foi realizada através de urna revisão das características verificadas com maior freqüência e que devem ser percebidas pelo técnico ao avaliar as condições do prédio. Entendendo a atuação destes fatores, o técnico entra na edificação com um olhar muito mais apurado e crítico sobre as possíveis causas que estão levando a obra à ruína, além de avaliar os danos que devem ser tratados com prioridade. Com a finalidade de verificar as formas de atuação destes, foi realizado um estudo de caso múltiplo, a partir do levantamento de dados sobre urna amostra de edificações da cidade de Porto Alegre. Observou-se que, embora as condições climáticas sejam favoráveis à presença de alguns agentes, corno a umidade, por exemplo, aspectos referentes à ação do homem, corno a falta de conservação preventiva e as intervenções indevidas aparecem corno causas relevantes de danos As circunstâncias, freqüentemente, não permitem que sejam realizados os devidos trabalhos de conservação. Mesmo alguns, feitos sem a devida orientação, acabam por gerar danos ainda maiores. Verificou-se também que a avaliação do estado de degradação das edificações do patrimônio cultural requer um trabalho multidisciplinar, em função da gama de conhecimentos necessários para o entendimento da ação de todos os agentes e mecanismos.

A caracterização mecânica de materiais compósitos a nível micro-mecânico é de difícil realização utilizando a experimentação física. Neste sentido, a mecânica computacional se apresenta como uma ferramenta de grandes possibilidades. Particularmente o método dos elementos discretos (MED), por suas características, constitui uma ferramenta numérica de potencial aplicação na modelagem de fenômenos de fratura. No presente trabalho, é estudado o micromecanismo de fratura de um ferro fundido nodular ferrítico FFNF utilizando-se como variável de dano a fração de volume de vazios. Para a realização desse estudo é determinado um elemento de volume representativo (EVR) do FFNF através de modelos em duas dimensões desenvolvidos pelo método dos elementos discretos (MED). No modelos computacionais foi considerada uma pseudo-microestrutura de FFNF constituída de uma matriz homogênea na qual estão embutidos nódulos de grafite circulares, todos de um mesmo diâmetro. A distribuição espacial dos nódulos respeita as condições de vizinhança características de distribuições de nódulos reais. A determinação do EVR em regime não linear impõe a necessidade de se estabelecerem critérios em relação à utilização de tolerâncias na determinação das propriedades efetivas, pois o grau de dispersão nos volumes de controle analisados, não é desprezível. No entanto, testes preliminares no estudo da micro-mecânica de fratura em um elemento de volume representativo do material considerado neste trabalho, descrevem de maneira coerente o processo de dano desse material, o qual mostra a eficácia do método nas etapas posteriores, direcionadas a relacionar parâmetros micro-mecânicos de fratura com parâmetros macro-mecânicos da mecânica da fratura convencional. / The mechanical characterization of composite materials at a micro-mechanical level becomes a difficult task using physical experimentation. In this sense computational mechanics is introduced as a tool with great possibilities. Particularly the discrete elements method, due to its characteristics, is presented as a numerical tool of potential application in fracture micromechanisms modeling. This work presents the study of fracture micro-mechanism of a ferritic nodular cast iron (FNCI) using the void volume fraction as the damage variable. A representative volume element (RVE) of FNCI by two dimension models using the discrete elements method (DEM) is obtained, in which it is considered a pseudo-microstructure with homogeneous matrix where the graphite nodules, with circular shape and equal diameter, are embedded. In the pseudomicrostructure graphite nodules distribution, were considered the neighboring conditions characteristic of real nodules distributions. The determination of the RVE in a non-linear regime imposes the need to establish criteria in relation to the use of tolerances in the determination of the effective properties, since the dispersion degree in the analyzed control volumes is significant, however, preliminary tests in the study of fracture micro-mechanics in a volume element representative of the material considered for this work, describe in a coherent way the damage process of this material, which shows the effectiveness of the method in posterior steps, directed to relate fracture micro-mechanical parameters with conventional fracture mechanics parameters.

Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de calcular a resposta de sistemas dinâmicos com amortecimento viscoelástico, utilizando a base gerada pela resposta impulso, desenvolvida por Claeyssen no seu próprio espaço físico e utilizada em variadas aplicações por seus colaboradores e orientandos. O uso da resposta impulso permitiu determinar a resposta dinâmica de um sistema dinâmico visco elástico concentrado e de uma viga viscoelástica usando o princípio da correspondência. A metodologia desenvolvida para resolver problemas dinâmicos viscoelásticos com o uso da resposta impulso foi implementada em sistemas concentrados e em um sistema distribuído correspondente a uma viga de Euler-Bernoulli. E uma ampla revisão bibliográfica sobre viscoelasticidade e dispositivos de amortecimento foi realizado. A resposta impulso foi calculada através de equações características de natureza algébrica, diferencial e em diferenças. Nas simulações foi utilizado o software Maple. Foi analisado o modelo de viga de Timoshenko com inércia rotatória e para materiais viscoelásticos. Devido a dificuldade de obtenção da solução analítica do modelo elástico, o modelo viscoelástico foi estudado através do método operacional para um sistema vibratório distribuído de segunda ordem. / This work was developed with purpose of to obtain response of system with viscoelastic damping, using the base obtained from impulse response developed by Claeyssen in your own physical space and used in numerous applications by his associated and student. The use of impulse response allowed to determine the dynamic response of concentrated viscoelastic dynamic system and of a viscoelastic Euler-Bernoulli beam using correspondence principie. The methodology developed to solve viscoelastic dynamic problem with the use of the impulse response was implemented in concentrated systems and in distributed system corresponding to a Euler-Bernoulli beam. A wide literature review on viscoelasticity and on damping devices was conducted. The impulse response was calculated by characteristics equations of algebraic, differential and differences nature. the simulation was implemented in software Maple. It was considered the modei of Timoshenko beam with rotation and inertia and for viscoelastic materiais. Due to difficulty in obtaining the analytical solution of elastic model, the viscoelastic model was studied by the operational method for a distributed vibrating system of second order.

A utilização de perfis de aço formados a frio tem grande aplicação na atualidade, ora sendo empregados na construção civil convencional (prédios residenciais e industriais) ora em estruturas mecânicas, tais como estruturas de veículos (caminhões, ônibus, vagões, etc.). As atuais exigências econômicas fazem com que estes perfis tenham, cada vez mais, alto desempenho estrutural. Neste sentido propõe-se, na presente tese, explorar as possibilidades de otimização paramétrica da seção transversal de perfis U com e sem enrijecedores de borda formados a frio quando submetidos à compressão. As ferramentas utilizadas para cumprir tal objetivo são o Método das Faixas Finitas Restringidas (MFFr) para análise da estabilidade elástica e o Método da Resistência Direta (MRD) para determinação da resistência do perfil como uma alternativa ao Método das Larguras Efetivas. O MFFr é aqui utilizado por ser capaz de realizar a decomposição e a identificação modal. Incorpora-se a esta forma de análise uma metodologia de otimização baseada em algoritmos genéticos que se fundamenta no processo de seleção natural proposto por Charles Darwin. Exemplos considerando esta forma de trabalho mostram os ganhos que poderiam ser obtidos. Para verificar os resultados obtidos na otimização, um modelo em elementos finitos considerando a não-linearidade física e geométrica foi utilizado, o qual foi calibrado com resultados experimentais encontrados na literatura. Conclusões sobre a potencialidade da metodologia utilizada são finalmente apresentadas. / The use of cold-formed steel members has great application at the present time, such as in standard civil buildings (residential and industrial buildings) and in mechanical structures (structures of vehicles as trucks, bus, wagons, etc.). A high structural performance for profiles is a required economic demand in present days. In this sense, the present theory intends to explore the possibilities of parametric optimization of cold-formed steel channel and lipped channel members when submitted to compression. The tools used to accomplish such objective are the method of the Constrained Finite Strip method (cFSM) for analysis of the elastic stability and the Direct Strenght Method (DSM) for determination of the resistance of the profile as an alternative to the Effective Width Method. The constrained finite strip method (cFSM) is used because it is capable to accomplish the modal decomposition and identification. An optimization methodology based in genetic algorithms that is based in the process of natural selection proposed by Charles Darwin is incorporated in this form of analysis. Examples considering this methodology show the improvement that could be obtained. To verify the results obtained in the optimization, a model in finite elements considering the non-linearities, material and geometric, was used, which was calibrated with experimental results found in the literature. Conclusions about the potentiality of the used methodology are finally presented.

Este trabalho estuda a resolução de vigas contínuas e porticos treliçados em X e Warren, utilizando-se rigidezes e mo mentos de inercia equivalentes. As equações de equil1brio em um no genérico r, sao obtidas pelo método das diferenças finitas e as equaçoes para os deslocamentos e cargas estâticas arbitrârias, são apresentadas em séries finitas de Fourier dedicado um capítulo para a obtenção de equações para momentos de inércia equivalentes, considerando-se a influência do numero de painéis e comparações com as equações clãssicas da literatura. No final, sao apresentados âbacos para vigas treliçadas em X, que permitem a comparação entre os coeficientes de rigidez pelas séries e coeficientes de rigidez pelos momentos de inércia equivalentes e correções para os coeficientes de rigidez considerando inércias equivalentes a partir so das ãreas dos cordões superior e inferior. / This work study the resolution of Warren and X-trussed continuous beams using equivalent stiffness coefficients and moments of inertia. The equilibrium equations in the generic Joint r are obtained by finite differences method and the deflections and arbitrary static load equations are present in finite Fourier series form. The results of illustrative examples for both kinds of trussed be beams are compared with solutions obtained with the Lorane Linear Program. The influence of panels number and comparasions with classic result of equivalent inertia are established. Abacus for X-trussed beams for stiffness coefficients obtained by series versus equivalent inertia stiffness coefficients and corrections using the top and bottom chords area are presented.

Este trabalho focaliza a análise viscoelástica de estruturas laminadas em material compósito de matriz polimérica, propondo o emprego de métodos de inversão numérica da transformada de Laplace numa formulação adaptada ao método dos elementos finitos. Nesta abordagem alternativa, as equações constitutivas viscoelásticas, formuladas no plano complexo da variável de transformação 's', reduzem o problema a uma análise elástica equivalente. As soluções complexas são então retomadas ao plano fisico para o valor de tempo desejado, dispensando processos incrementais. Exemplos de aplicações são executados comparando-se os resultados do Método da Transformada de Laplace com o Método das Variáveis de Estado que trata o problema viscoelástico de forma incremental. / The viscoelastic analysis of laminated structures of polymeric matrix compsite materiais using Laplace transform is the objective of this work. The inverse of the Laplace transform is carried out using numerical methods adapted to a finite element method formulation. In this altemative aproach, as the constitutive equations are formulated on the complex plane in the transformation variable 's', the viscoelastic problem reduces to an equivalent elastic one. The complex solutions are then sent back to the physical plane for the desired time value, dispensing incremental processes. Examples of aplications compamng results obtained with the Laplace Transformation Method and the State Variables Method (that treats the viscoelastic problem in an incremental form) are presented.