Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Estruturas de Engenharia Civil, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor Manuel de Azeredo

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (Especialização em Estruturas). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

A representação da arquitetura através da perspectiva, plantas, cortes e fachadas não são suficientes para mostrar sua essência, onde o ser humano, como parte integrante, age e a modifica ao longo do tempo. Os recursos de computação gráfica, realidade virtual e descrição semântica possuem potencial para retratar outras essências da arquitetura, como as relações temporais e a agregação de valores sociais, econômicos, culturais, históricos, dentre outros. Este trabalho apresenta um modelo de representação espaço-temporal em reconstruções tridimensionais de espaços arquitetônicos, onde o usuário pode explorar os ambientes virtuais através do espaço e do tempo, e visualizar anotações textuais complementares, estendendo a realidade da cena observada. O objetivo foi investigar a representação da dimensão temporal e as atualizações dos elementos gráficos de acordo com o tempo em cenários que retratam reconstruções digitais tridimensionais de espaços arquitetônicos. Para gerenciar as atualizações das cenas nos seus diferentes momentos incorporou-se semântica aos elementos gráficos. Uma ontologia, no domínio da arquitetura, foi associada ao modelo tridimensional para descrever as relações temporais utilizadas nestas transições. A mesma ontologia fornece informações para as anotações textuais complementares à representação gráfica. O modelo tridimensional utilizou-se de recursos de reuso de elementos gráficos e semânticos visando à otimização do desempenho gráfico na renderização das cenas. Para testar a viabilidade do modelo foi elaborada uma aplicação que representa tridimensionalmente um espaço reduzido do Edifício Mackenzie e que serviu de prova do conceito. Devido a sua modularidade e flexibilidade, o modelo tridimensional permite acréscimo de períodos e objetos semânticos e a ontologia permite a descrição de outros espaços arquitetônicos, podendo integrar-se a outras representações tridimensionais tornando o ambiente vivo para retratar outras situações. A associação com a ontologia tem como potencial o uso por mecanismos de busca retornando ambientes tridimensionais que representem espaços arquitetônicos. O modelo pode ser utilizado como alternativa virtual à documentação e catalogação de patrimônio arquitetônico na preservação de sua memória. Acredita-se que as representações espaço-temporais em reconstruções digitais abram possibilidades de experimentação de outras formas de interação e do retrato de outras dimensões da arquitetura.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseAON_DISSERT2.pdf: 5185692 bytes, checksum: 367f032712c5c62b8f1be324410ba3fc (MD5) Previous issue date: 2011-09-12 / This work presents an optimization technique based on structural topology optimization methods, TOM, designed to solve problems of thermoelasticity 3D. The presented approach is based on the adjoint method of sensitivity analysis unified design and is intended to loosely coupled thermomechanical problems. The technique makes use of analytical expressions of sensitivities, enabling a reduction in the computational cost through the use of a coupled field adjoint equation, defined in terms the of temperature and displacement fields. The TOM used is based on the material aproach. Thus, to make the domain is composed of a continuous distribution of material, enabling the use of classical models in nonlinear programming optimization problem, the microstructure is considered as a porous medium and its constitutive equation is a function only of the homogenized relative density of the material. In this approach, the actual properties of materials with intermediate densities are penalized based on an artificial microstructure model based on the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalty). To circumvent problems chessboard and reduce dependence on layout in relation to the final optimal initial mesh, caused by problems of numerical instability, restrictions on components of the gradient of relative densities were applied. The optimization problem is solved by applying the augmented Lagrangian method, the solution being obtained by applying the finite element method of Galerkin, the process of approximation using the finite element Tetra4. This element has the ability to interpolate both the relative density and the displacement components and temperature. As for the definition of the problem, the heat load is assumed in steady state, i.e., the effects of conduction and convection of heat does not vary with time. The mechanical load is assumed static and distributed / Este trabalho apresenta uma t?cnica de otimiza??o estrutural baseada no M?todo de Otimiza??o de Topologia, MOT, desenvolvida para solucionar problemas de termoelasticidade 3D. A abordagem apresentada fundamenta-se no m?todo adjunto unificado de an?lise de sensibilidade de projeto e destina-se a problemas termomec?nicos fracamente acoplados. A t?cnica faz uso de express?es de sensibilidades anal?ticas, possibilitando uma redu??o no custo computacional por meio da utiliza??o de uma equa??o adjunta de campo acoplado, definida sobre os campos de temperatura e deslocamento. O MOT utilizado ? baseado na abordagem material. Desta forma, para fazer com que o dom?nio seja composto de uma distribui??o cont?nua de material, possibilitando o uso dos m?todos cl?ssicos de programa??o n?o linear no problema de otimiza??o, a microestrutura ? considerada como um meio poroso e sua equa??o constitutiva homogeneizada ? fun??o apenas da densidade relativa do material. Nesta abordagem, as propriedades efetivas dos materiais com densidades intermedi?rias s?o penalizadas com base em uma microestrutura artificial fundamentada no modelo SIMP, (Solid Isotropic Material with Penalty). Para contornar problemas de tabuleiro de xadrez e reduzir a depend?ncia do leiaute ?timo final em rela??o ? malha inicial, ocasionados por problemas de instabilidade num?rica, restri??es ?s componentes do gradiente de densidades relativas foram aplicadas. O problema de otimiza??o ? resolvido aplicando-se o M?todo do Lagrangiano Aumentado, sendo a solu??o obtida atrav?s da aplica??o do M?todo dos Elementos Finitos de Galerkin, utilizando no processo de aproxima??o o elemento finito Tetra4. Este elemento tem a capacidade de interpolar tanto a densidade relativa quanto as componentes de deslocamento e temperatura. Quanto ? defini??o do problema, o carregamento t?rmico ? suposto em regime estacion?rio, isto ?, os efeitos da condu??o e da convec??o do calor n?o variam no tempo. O carregamento mec?nico ? assumido est?tico e distribu?do

A busca e recuperação de modelos tridimensionais de engenharia baseada em sua forma é um importante recurso para alavancar a reutilização de soluções de projeto pré-existentes no desenvolvimento de novos produtos. A reutilização de dados diminui o tempo de chegada ao mercado, reduz custos e minimiza os riscos, ao adotar conceitos já testados e com maior grau de maturidade. A maioria das ferramentas existentes para comparação de modelos 3D destina-se a uso geral em bases de dados multimídia. Elas apresentam resultados fracos no domínio de engenharia mecânica, quando aplicadas em bases de modelos gerados por aplicação de projeto auxiliado por computador (CAD). Esta tese propõe uma solução para melhorar o desempenho da busca 3D para esses casos. Nossa abordagem leva em conta, além da forma, também os objetivos de projeto, análise de engenharia e processo de fabricação para estimar similaridade entre modelos. Esses dados, obtidos a partir da estrutura construtiva do modelo, permitem a construção de um vetor de características com maior valor semântico e um poder discriminante superior ao da pura comparação geométrica e topológica. A validade da proposta é verificada com a construção de um arcabouço de testes que implementa técnicas de aprendizagem não supervisionadas para particionar conjuntos de modelos CAD em famílias de peças com características comuns e intercambiáveis. A qualidade do particionamento é avaliada por indicadores quantitativos e qualitativos.

Esta tese propõe um novo paradigma para a construção de estruturas tridimensionais onde robôs aéreos do tipo quadrirrotores são usados para capturar, transportar e montar diferentes elementos estruturais em um ambiente dinâmico e não estruturado. Tarefas complexas de construção que utilizam robôs móveis são caracterizadas por três problemas fundamentais: 1) O planejamento da construção das estruturas; 2) A geração das trajetórias dos robôs; e 3) O controle de rastreamento das trajetórias durante a execução. Uma arquitetura de planejamento é proposta para resolver simultaneamente os dois primeiros problemas. Essa arquitetura: 1) Gera de forma iterativa planos exequíveis de montagem das estruturas e de movimentação dos robôs usando a técnica de aprendizado por reforço Learning Automata e o algoritmo de busca heurística A*; 2) Considera as limitações de potência dos quadrirrotores disponíveis, as restrições de construção das estruturas e a natureza dinâmica do ambiente; e 3) Utiliza um método de resolução de conflitos para planejar as velocidades de translação e selecionar os pontos de parada de cada quadrirrotor. Para solucionar o terceiro problema, a técnica de aprendizado por reforço Learning Automata é usada com a finalidade de projetar e otimizar os controladores de atitude e de rastreamento de trajetórias dos quadrirrotores. Em razão da dinâmica não linear dos robôs aéreos, das perturbações externas (p. ex., o vento e o efeito do solo), e da variação de carga durante o processo de construção, a solução desse problema não é trivial. Testes simulados e experimentais do sistema autônomo de construção de diferentes estruturas tridimensionais (cubo, torre, pirâmide e parede), com até quatro quadrirrotores, são apresentados para demonstrar a generalidade da solução proposta.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-09T11:07:13Z No. of bitstreams: 1 MICHELE DAYANE RODRIGUES LEITE - DISSERTAÇÃO - (PPGCEMat) 2016.pdf: 2339827 bytes, checksum: 65a0c0a732eb5fa82f5548cfc96484f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-09T11:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MICHELE DAYANE RODRIGUES LEITE - DISSERTAÇÃO - (PPGCEMat) 2016.pdf: 2339827 bytes, checksum: 65a0c0a732eb5fa82f5548cfc96484f6 (MD5) Previous issue date: 2016-03-08 / CNPq / O campo da engenharia de tecidos envolve a utilização de estruturas tridimensionais capazes de simular o ambiente ideal para a acomodação, fixação, proliferação, diferenciação e orientação das células, a fim de permitir o crescimento e a regeneração, de forma organizada, do novo tecido. O sistema BioExtruder, que relaciona baixo custo e alta reprodutibilidade e é capaz de controlar a porosidade das estruturas, tem sido uma das técnicas de manufatura aditiva mais utilizadas para produzir tais estruturas tridimensionais. Assim, biomateriais biodegradáveis são as alternativas mais eficazes para o desenvolvimento desses materiais, como a Policaprolactona, um polímero sintético que vem sendo bastante utilizado na engenharia de tecidos. O mel apresenta propriedades físico-químicas que contribuem diretamente em sua atividade antibacteriana, antibiótica, anti-inflamatória e cicatrizante. Portanto, este trabalho teve como objetivo produzir estruturas tridimensionais de Policaprolactona e Policaprolactona/Mel a partir do sistema Bioextruder, avaliando a influência do mel na matriz polimérica. As estruturas obtidas foram caracterizadas pelas técnicas de microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), Termogravimetria (TG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Ensaio de Porosidade, Ensaio Mecânico de Compressão, citotoxicidade e Adesão Celular. As análises morfológicas por MEV mostraram estruturas com tamanhos de poros definidos, interconectados e uma geometria interna regular, com porosidade em torno de 54%. Através dos resultados por FTIR foi possível identificar as bandas de absorção características de cada material, indicando que a técnica utilizada para a obtenção das estruturas tridimensionais não provocou alterações químicas nos materiais após o seu processamento. Pelas técnicas de TG e DSC observou-se que as estruturas apresentaram comportamento térmico estável e, pela análise da curva tensão-deformação obtida no ensaio mecânico de compressão, apresentaram comportamento característico de materiais porosos. Os testes de Citotoxicidade para as estruturas de PCL puro e PCL/Mel 5% apresentaram viabilidade celular em torno de 90%, caracterizando-as como não tóxicas quando em contato com as células, viabilizando sua utilização como biomaterial. / The field of tissue engineering encompasses the use of three-dimensional structures able to simulate the ideal environment for accommodating, fixing, proliferation, differentiation and cell orientation, to enable the growth and regeneration, in an organized manner, of the new tissue. The Bioextruder system, relates low cost and high reproducibility, and is capable of controlling the porosity of the structures, this additive manufacturing technique has been commonly used to produce such three dimensional structures. Thus, biodegradable biomaterials are the most efficient alternatives for the development of these materials, such as polycaprolactone, a synthetic polymer which has been widely used in tissue engineering. Honey has physicochemical properties that directly contribute to its antibacterial, antibiotic, antiinflammatory and healing activities. Therefore, this study aimed to produce threedimensional structures of Polycaprolactone and Polycaprolactone/Honey by means of the Bioextruder system, assessing the influence of honey in the polymer matrix. The obtained structures were characterized by the following techniques: Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetry (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Porosity, Compression Strength, Cytotoxicity and Cell Adhesion. Morphological analysis by SEM showed structures with defined and interconnected pore sizes, and a regular internal geometry, with porosity around 54%. By the FTIR results it was possible to identify the characteristic absorption bands of each material, indicating that the technique used for obtaining the three-dimensional structures did not cause chemical changes in the material after processing. TG and DSC techniques showed that the structures presented a stable thermal behavior, and analyzing the stress-strain curve by the mechanical compression test, the characteristic behavior of porous materials was observed. Cytotoxicity test for pure PCL structures and PCL / Honey 5% showed cell viability around 90%, characterizing them as non-toxic when in contact with the cells, enabling its use as a biomaterial.

O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de elementos finitos mistos-híbridos de tensão bidimensionais e tridimensionais aplicados a análises estáticas e modais, considerando-se materiais isotrópicos elásticos lineares. Destaca-se a criação de um novo elemento misto-híbrido tridimensional de tensão para análise modal descrito como um hexaedro serendipiano composto por vinte nós. A formulação é baseada na aproximação simultânea e independente dos campos de tensão e deslocamento no volume de um elemento, bem como de deslocamento na fronteira do mesmo. Estas aproximações não satisfazem as equações de equilíbrio, deslocamento-deformação e constitutivas a priori. Polinômios de Legendre são utilizados para a composição das aproximações, formando uma base completa. A característica ortogonal destas funções promove a geração de sistemas altamente esparsos. Os modelos estruturais são discretizados por elementos quadrilaterais ou hexaédricos, sendo refinados quanto ao aumento do número de elementos (refinamento h) ou do grau das funções de aproximação (refinamento p). Testes estáticos e modais encontrados na literatura e em programas comerciais de elementos finitos são implementados com elementos mistos-híbridos de tensão para a comprovação da acuracidade destes elementos.

O presente trabalho aborda alguns aspectos estruturais e construtivos das estruturas metálicas espaciais. Inicialmente apresentam-se um breve histórico deste sistema estrutural, algumas informações gerais a respeito das classificações das estruturas espaciais, das \'tipologias\' para alguns dos sistemas mais utilizados, assim como exemplos de aplicação destas estruturas. A seguir discutem-se aspectos relativos à análise estrutural, com a apresentação de um breve roteiro de cálculo para uma cobertura em treliça espacial. Finalmente apresentam-se alguns resultados teóricos e experimentais relativos a barras comprimidas de inércia variável ao longo do comprimento. / In this work, some structural and constructional aspects of metal space structures are presented. lnitially, a brief review of this structural system is described together with some general informations about classifications, types and applications of usual systems. In addition, some aspects about structural analysis are discussed, presenting a brief guide for a space truss design. Finally, some theoretical and experimental results are illustrated for a case of axial compression members with variable stiffness.