Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Nos últimos tempos o Brasil vem desenvolvendo um crescimento significativo em diferentes campos da indústria. Isto tem gerado a necessidade de novas e diferentes obras civis as quais trazem importantes desafios para a engenharia brasileira. Centrais nucleares, oleodutos, gasodutos, adutoras de barragens e outras construções de grande porte são alguns dos projetos que requerem a utilização de sistemas hidráulicos de diferentes tamanhos, materiais e dispositivos que variam de acordo com os requisitos e utilidades. A análise de escoamentos em regime transiente é um dos principais itens no planejamento de projetos de sistemas de transportes de fluidos (líquido e/ou gás). O aumento das pressões nas tubulações pode gerar risco no funcionamento normal das mesmas, gerando danos parciais ou totais (onde se inclui o colapso do sistema), trazendo graves consequências como: contaminação do ambiente, perdas econômicas ou ainda a perda de vidas humanas (explosão de sistemas com líquido inflamável). A abordagem consiste em estudar o fenômeno transiente em dutos forçados através da análise das ondas de pressão do fluido utilizando o Método das Características onde a solução se procedeu mediante o método das diferenças finitas. Tais métodos foram desenvolvidos no programa computacional TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) no qual se fizeram algumas implementações de acordo as investigações realizadas. Para este trabalho, foram executadas simulações com o intervalo de valores de cada uma das principais propriedades mecânicas e físicas do duto e do fluido, juntamente com as condições de contorno envolvidas no sistema, tais como válvulas, inclinação do duto, chaminé de equilíbrio, entre outras. Os resultados obtidos mostraram boa concordância com as formulações analíticas e dados experimentais encontrados na literatura. / In recent times, Brazil has experienced significant growth in different industrial fields. This has created the need for new and different civil works presenting important challenges to the Brazilian engineering. Nuclear power plants, pipelines, gas pipelines, hydroelectric power plants and other major buildings are some of the projects that require the use of hydraulic systems of different sizes, materials and devices that vary according to the requirements and utilities. The flow analysis in transient regime is one of the main items in the planning of fluid transport systems projects (liquid and / or gas). Increased pressure in the pipes can generate risk in the normal functioning, generating partial or total damage (system breakdown). This can result in serious consequences such as economic loss, environmental pollution, or the loss of human lives (explosion systems with flammable liquid). The present numerical study of transient phenomenon in forced ducts. The study fluid pressure waves by characteristics method. The numerical solution was carried out by the finite difference method. Such methods have been developed in the computer program TRANSPETRO-1D (Nascimento, 2002) according to investigations some implementations were made in this. The present work, simulations were performed with the range of values of each of the main mechanical and physical properties of the fluid and duct and together with the boundary conditions involved in the system such as valves, tilt duct, surge tank, among others. The results supported the analytical formulations and experimental data in the literature.

Estudam-se, nesta Tese, procedimentos e aplicações práticas de técnicas de otimização no projeto de estruturas civis submetidas a carregamento dinâmico. Ênfase especial é colocada em soluções integradas para sistemas estruturais compostos por fundações, pórticos e placas, destinados ao suporte de máquinas vibratórias. Problemas de minimizar o custo de estruturas e fundações são definidos como problemas de otimização. As dimensões dos elementos estruturais, bem como as armadura utilizadas, no caso do concreto armado, são as variáveis de projeto. Para se calcular a função custo, são considerados os custos de construção, incluindo os custos do concreto, do aço, da forma e do escoramento, quando aplicáveis. São consideradas, entre outras, restrições devidas à ruptura dos materiais e do solo, deslocamentos excessivos, bem como as relacionadas com a percepção pelo ser humano de níveis de vibração inconfortáveis. Um critério de ruína para barras de concreto armado submetidas à flexão obliqua composta é desenvolvido, com o objetivo de minimizar o tempo computacional Um programa de computador foi implementado, com base no Método dos Elementos Finitos e no algoritmo do Lagrangiano Aumentado, e utilizado para resolver diversos problemas práticos de otimização. Também a sensibilidade das soluções é abordada. / In this Thesis, procedures and practical applications of optimization techniques to the project of Civil Engineering structures subjected to dynamic loading are studied. Special emphasis is placed on integrated solutions for structural systems composed by beams, columns, plates and footings designed to support vibrating machines. Problems of minimizing structures and foundations cost are defined as optimization problems. The dimensions of the structural parts and their reinforcements, when reinforced concrete is used, are the design variables. In order to evaluate the cost function, the cost of the concrete, the steel, the form and the propping form, whenever proper, are considered. Constraints are considered, among others, due to material and soil failure, excessive displacements, as well as those related to the perception of uncomfortable vibration levels by human beings. A failure criterion for reinforced concrete members subjected to asymmetric bending and axial loading is presented in order to minimize computer time. A computer code was implemented, based on the Finite Element Method and the Augmented Lagrangian algorithm, and used to solve several practical optimization problems. The sensitivity of the solutions is also assessed.

Estudam-se, nesta Tese, procedimentos e aplicações práticas de técnicas de otimização no projeto de estruturas civis submetidas a carregamento dinâmico. Ênfase especial é colocada em soluções integradas para sistemas estruturais compostos por fundações, pórticos e placas, destinados ao suporte de máquinas vibratórias. Problemas de minimizar o custo de estruturas e fundações são definidos como problemas de otimização. As dimensões dos elementos estruturais, bem como as armadura utilizadas, no caso do concreto armado, são as variáveis de projeto. Para se calcular a função custo, são considerados os custos de construção, incluindo os custos do concreto, do aço, da forma e do escoramento, quando aplicáveis. São consideradas, entre outras, restrições devidas à ruptura dos materiais e do solo, deslocamentos excessivos, bem como as relacionadas com a percepção pelo ser humano de níveis de vibração inconfortáveis. Um critério de ruína para barras de concreto armado submetidas à flexão obliqua composta é desenvolvido, com o objetivo de minimizar o tempo computacional Um programa de computador foi implementado, com base no Método dos Elementos Finitos e no algoritmo do Lagrangiano Aumentado, e utilizado para resolver diversos problemas práticos de otimização. Também a sensibilidade das soluções é abordada. / In this Thesis, procedures and practical applications of optimization techniques to the project of Civil Engineering structures subjected to dynamic loading are studied. Special emphasis is placed on integrated solutions for structural systems composed by beams, columns, plates and footings designed to support vibrating machines. Problems of minimizing structures and foundations cost are defined as optimization problems. The dimensions of the structural parts and their reinforcements, when reinforced concrete is used, are the design variables. In order to evaluate the cost function, the cost of the concrete, the steel, the form and the propping form, whenever proper, are considered. Constraints are considered, among others, due to material and soil failure, excessive displacements, as well as those related to the perception of uncomfortable vibration levels by human beings. A failure criterion for reinforced concrete members subjected to asymmetric bending and axial loading is presented in order to minimize computer time. A computer code was implemented, based on the Finite Element Method and the Augmented Lagrangian algorithm, and used to solve several practical optimization problems. The sensitivity of the solutions is also assessed.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Fabrícia da Silva Costa Feitosa (fabriciascf@gmail.com) on 2009-12-24T17:37:56Z No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) / Approved for entry into archive by Joanita Pereira(joanita) on 2010-01-04T17:30:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) / Made available in DSpace on 2010-01-04T17:30:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_SorayaMendesdeSouza.pdf: 2759625 bytes, checksum: 75f1fbac58661b97dda16513e5d59313 (MD5) Previous issue date: 2007 / O presente trabalho pretende estudar alguns casos de problemas de acoplamento acústico- mecânico 2D através de uma formulação potencial simétrica U-φ-P0. O potencial de velocidades (φ) e a pressão estática (P0) são variáveis para o fluido, enquanto os deslocamentos (U) descrevem o comportamento do sólido. Para a solução do problema de acoplado fluido-estrutura, utiliza-se o Método de Elementos Finitos baseado numa formulação variacional. Selecionam-se alguns casos testes para simulação e os resultados numéricos obtidos com o programa acadêmico FEDYFE são comparados com aqueles resultantes do programa ANSYS e com as soluções analíticas equivalentes, com intuito de validar as implementações computacionais, fato que fornecem uma boa concordância entre as soluções analisadas. Além disso, desenvolve-se uma metodologia capaz de auxiliar a identificação os modos de vibração dos problemas acoplados fluido-estrutura. Esse procedimento se faz necessário quando a estrutura apresenta certa flexibilidade, o que proporciona o surgimento de modos dominantes da cavidade, da estrutura e mistos no modelo de difícil análise e interpretação. Aplica-se a metodologia em alguns casos, onde há um ou mais estruturas (analogia de pistões rígidos-móveis ou flexíveis) associados a cavidades acústicas de geometria regular. Nos modelos estudados, testam-se também as soluções analíticas para o sistema, que podem ser obtidas a partir da composição de freqüências e seus modos resultantes. Ainda como resultado desta dissertação, implementa-se um elemento de viga de Bernoulli no programa acadêmico FEDYFE. Escolhem-se dois modelos de acoplamento, considerando o elemento de viga, comparando-se também os resultados numéricos (ANSYS e FEDYFE) com as soluções analíticas para os casos desacoplados e acoplados. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The main focus of this work is the use of a symmetrical potential formulation U-φ-P0 to solve 2D acoustic-mechanic coupling problems. The velocity potential (φ) and the static pressure (P0) are variables for the fluid, while the displacements (U) describe the behavior of the solid. The fluid-structure coupled problems have been dealt with using the finite element method based on a variational formulation. Some study cases have been object of computer simulation, and the numeric results obtained from the software FEDYFE were compared with those from the software ANSYS and with the equivalent analytic solutions. The aim was to validate the computational modelling, and the results show a high level of convergence between the different approaches. In addition, a methodology has been developed to assist identifying vibration modes in fluid-structure coupled problems. Such a procedure is needed for flexible structures, as they tend to present cavity dominant modes, structure modes and mixed modes, which are of difficult analysis and interpretation. The methodology has been applied to problems presenting one or more structures (mobile rigid or flexible piston analogy) associated to regular geometry acoustic cavities. In the studied models, it has also been tested an analytic solution for the system, which was obtained from the composition of frequencies and their resultant modes. Still, a Bernoulli beam element has been implemented in FEDYFE. Two coupling models have been chosen considering the beam element, and the numeric results (ANSYS and FEDYFE) were also compared with the analytic solutions for both the uncoupled and coupled cases.