CAPES / Materiais compósitos laminados são utilizados em diversos setores da indústria, principalmente nas áreas automobilística de competição e aeroespacial, pois apresentam relações resistência-peso e rigidez-peso muito superiores aos materiais metálicos em geral. Estruturas fabricadas a partir desses materiais são normalmente finas e, consequentemente, estão sujeitas à flambagem. Requisitos tradicionais de projeto normalmente levam em conta a flambagem mas, para alguns casos, o projeto é conservador, visto que a estrutura pode ainda ser funcional no regime de pósflambagem. Entretanto, o comportamento nesse regime é não-linear, além da dificuldade de se estimar quando ocorre a falha da estrutura, o que torna a análise mais complexa e onerosa em relação à uma análise de flambagem linear. Nesse contexto está inserido o presente trabalho, que visa encontrar as orientações das fibras que maximizam as cargas de flambagem e de pós-flambagem de estruturas compósitas, usando no processo de otimização metamodelos para aliviar o custo computacional. Duas técnicas de metamodelagem são utilizadas e testadas: redes neurais artificiais e regressão de vetores de suporte, com ênfase para a última. Em combinação com os metamodelos são empregadas duas metaheurísticas de otimização desenvolvidas recentemente: o algoritmo harmony search e o algoritmo de vaga-lumes. Vários problemas com diferentes níveis de dificuldade são apresentados e discutidos. Os melhores resultados de otimização foram obtidos com o algoritmo de vaga-lumes associado ao metamodelo de regressão de vetores de suporte, mostrando que tais técnicas são promissoras na solução dessa classe de problemas. Como uma das principais contribuições desta tese tem-se a adaptação/implementação da técnica de regressão de vetores de suporte para problemas de empilhamento de lâminas em estruturas compósitas, particularmente na otimização em flambagem e pósflambagem. Além disso, foram realizados avanços na modelagem do comportamento e da otimização em pós-flambagem com a utilização de critérios de falha e de dano para compósitos. / Laminated composite materials are applied in many industrial sectors, particularly in competition automotive and aerospace fields, since they have strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios much higher than the metals in general. Structures made by these materials are usually thin and hence they are subject to buckling. Traditional design requirements usually take into account the buckling, but in some cases the design is conservative since the structure can still be functional in the postbuckling regime. However, the behavior in this regime is nonlinear, in addition of being difficult to evaluate when the failure of the structure takes place, which makes the analysis more complex and computational expensive if compared to a linear buckling analysis. Within this context this work is inserted, which aims to find the orientations of the fibers that maximize the buckling and postbuckling load of composite structures using metamodels in the optimization process to alleviate the computational cost. Two metamodeling techniques are used and tested: artificial neural networks and support vector regression, with emphasis on the latter. In combination with the metamodels, two recently developed metaheuristics, the harmony search algorithm and the firefly algorithm, are employed. Several problems, with different levels of difficulty, are presented and discussed. The best optimization results were obtained with the firefly algorithm associated with the support vector regression metamodel, showing that these techniques are promising to solve this class of problems. One of the main contributions of this thesis is the adaptation/implementation of support vector regression for layup orientation sequence problems of composite structures, in particular for buckling and postbuckling optimizations. Moreover, advances were made in the modeling of the behavior and optimization in postbuckling regime using failure and damage criteria for composites.

Orientador: Francisco Antonio Menezes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T09:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fontana_LuizAntonio_M.pdf: 833272 bytes, checksum: c80e60878c10acff4e3559bea3929d20 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho são apresentadas as expressões matemáticas necessárias para determinar o momento de inércia em função da curvatura para seções retangulares de concreto armado solicitadas a flexo-compressão reta. As expressões são determinadas através da integração analítica da curva tensão-deformação do concreto. Com base nestas expressões foi desenvolvido um programa de computador para calcular o momento de inércia em função da curvatura. O objetivo é obter o momento de inércia real da seção para ser utilizado na verificação das deformações. Para o programa é necessário conhecer: a geometria, a disposição das armaduras, as características dos materiais e as solicitações atuantes na seção. Na entrada de dados é possível controlar os coeficientes de ponderação dos materiais e das solicitações. Para o módulo de elasticidade, podem ser adotados os valores prescritos na NBR6118, ou outro valor que deve ser informado. A resistência à tração do concreto foi desprezada. Para validação dois modelos estruturais são analisados. A análise estrutural é feita de várias formas, sendo que uma delas é a análise considerando a não linearidade fisica (NLF) através da curvatura. Neste caso os elementos estruturais têm uma discretização maior, visando considerar a não linearidade ao longo do comprimento das peças. O objetivo é avaliar a possibilidade de implementar um processo de análise estrutural onde a consideração dos efeitos de segunda ordem seja relevante, que considere um. momento de inércia que aproxime o modelo matemático do modelo fisico real / Abstract: In this work, are presented the mathematic expressions necessary for determinate the moment of inertia in function of the curvature for rectangular cross-section the reinforced concrete submitted to mono-axial eccentricity. The expressions are determinate by the integration of analytic parabola rectangle stress strain diagram of concrete. Based in these expressions a computer system was developed to calculate the inertia of moment curvature. The objective is to get the moment of real inertia to be used in the verification of the deformations. It is necessary that the computer system know: geometry, the disposal of the bars, the characteristics of the materiaIs and operating requests in the section. When the database is imputed it is possible to have a control over the method of partial factors of materiaIs and solicitations. For the elasticity model may be adopt the NBR6118's values, or another value that must be informed. The resistance tension of concrete was rejected. To make the validation two structural models are analyzed. The structural analysis is made of severa! forms, one of them is the analysis considering no-linearity physical (NLP) through the curvature. In this case the structural elements have the biggest discretization, aiming to consider no-linearity along the length of the parts. The objective is to evaluate the possibility to implement a process of structural analysis where the effects of second order are relevant, that considers an inertia moment that can make the mathematical model dose to the real physical one / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:08:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LimaeSilva_RafaelAugustode_M.pdf: 10555723 bytes, checksum: 1d037ebafbabc24e214c06ad76c5f54a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O trabalho descreve o projeto mecânico convencional de uma biela automotiva de motor de combustão interna e apresenta uma metodologia alternativa baseada em métodos de otimização estrutural com o objetivo de reduzir a massa do componente. Para tal, é feita a descrição de todos os parâmetros de projeto assim como a definição de critérios de projeto. Em virtude da criticidade da aplicação selecionada, motor de ciclo Diesel utilizado em caminhões de trabalho pesado com picos de pressão de combustão de até 240 bar, a biela foi projetada sem bucha utilizando-se extensivamente os métodos numéricos. O Método dos Elementos Finitos foi aplicado para cálculo de tensões, deslocamentos, pressões de contato, flambagem, fadiga e para a síntese modal de componentes utilizados na análise dinâmica de multicorpos com mancais elasto-hidrodinâmicos. Dois modelos de fadiga dos materiais foram estudados: o modelo americano baseado no diagrama de Goodman e tensões principais e o modelo alemão baseado no diagrama de Haigh e efeito do gradiente de tensões multiaxiais; dos quais concluiu-se que o modelo americano é suficiente para o projeto da biela ao passo que o modelo alemão traz oportunidades adicionais de redução de massa. A otimização topológica, otimização de forma e análise de sensibilidade permitiram a obtenção de uma biela 210g (3\%) mais leve e com melhor desempenho dos mancais hidrodinâmicos. Finalmente, concluiu-se que o Método da Otimização Topológica apresenta oportunidades interessantes aos projetistas na fase de conceituação de produtos como alternativa aos desenhos convencionais, no entanto, demanda esforço adicional para o atendimento de todos os critérios de projeto do componente / Abstract: The present work consists of the conventional mechanical design description of an internal combustion engine connecting rod and also the proposal of an alternative methodology based on optimization methods with the objective of reducing the component mass. Therefore, it is performed a detailed view of all design parameters as well as the definition of design criteria. Because of the critical application selected, Diesel engine of heavy duty truck with combustion pressure reaching up to 240bar, the connecting rod was designed without bushing and with extensive use of numerical methods. The Finite Element Method was applied to assess stresses, displacements, contact pressures, buckling, fatigue and to perform the Component Modal Synthesis for multi-body dynamics simulation with elasto-hydrodynamic bearings. Two fatigue models were studied: the American model based on Goodman's diagram and principal stresses and the German model based on Haigh's diagram and multiaxial stress gradient effect; from which it was concluded that the American model is enough to design the connecting rod, while the German model presents additional weight reduction opportunities. The topology optimization, shape optimization and sensitivity analysis enabled a 210g (3\%) lighter connecting rod with improved bearings performance. Finally, it was concluded that the Topology Optimization Method presents good opportunities for the design engineers in the conceptual phases of product development with alternatives to the conventional designs. However, additional effort is necessary to fit the concept into all design criteria / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre-textuais Rodrigo Fernandes.pdf: 349523 bytes, checksum: 27a5e6d7df167303c662872391301d36 (MD5) Previous issue date: 2007-10-01 / This work contains a theoretical analysis of the behavior of plate girders. A plate girder has been calculated based on the criteria of the American standard Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), and checked by the Brazilian standard NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) and the European standard Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) has calculated a plate girder by using the Brazilian standard NBR 8800/86. The calculated dimension have been checked by the mentioned standards. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) has dimensioned a plate girder by using the British standard BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), which has also been checked by the mentioned standards. Furthermore, theoretical analyses related to the calculus of plate girders presented by many authors have been considered. The main goal is to assess the criteria utilized by the standards for the calculus of plate girders. From the obtained results, for the checked girders, by the standards and related theories, a comparative analysis among the utilized criteria by the standards has been made. The reached conclusion is that the Brazilian standard and its revision projects has identical criteria compared to the American standard for the calculus of plate girders. The European standard presents slightly different criteria compared to the American standard; however, both provide close results one compared to another. The theories utilized have also provided close results from those obtained by the standards. / Neste trabalho é feita uma análise teórica sobre o comportamento de vigas esbeltas. Uma viga esbelta foi dimensionada com base nos critérios da norma americana Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), e depois verificada pela norma brasileira NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) e pela norma européia Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma brasileira NBR 8800/86. As dimensões calculadas foram verificadas pelas normas citadas. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma britânica BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), a qual foi também verificada pelas normas citadas. Também foram consideradas análises teóricas relativas ao cálculo de vigas esbeltas apresentadas por diversos autores. O objetivo principal é avaliar os critérios utilizados pelas normas para o cálculo de vigas esbeltas. A partir dos resultados obtidos, para as vigas analisadas, pelas normas e pelas teorias existentes, foi feita uma análise comparativa entre os critérios utilizados pelas normas. A conclusão a que se pôde chegar é que a norma brasileira e seus projetos de revisão apresentam critérios idênticos aos da norma americana para o cálculo de vigas esbeltas. A norma européia apresenta critérios um pouco diferenciados dos critérios da norma americana, mas fornecem resultados aproximados entre si. As teorias utilizadas também forneceram resultados aproximados dos resultados obtidos pelas normas.