O presente trabalho avalia a otimização de parâmetros concentrados de suspensão em veículos e considera a importância deste processo para minimizar a aceleração vertical rms transmitida para garantir conforto e segurança ao motorista. Dessa forma, o trabalho objetiva desenvolver uma modelagem capaz de representar o veículo completo para então otimizar os parâmetros de rigidez e amortecimento no domínio da frequência e identificar, em torno do ponto ótimo, quais desses parâmetros mais influenciam nessa minimização. Para atingir esses objetivos, dois modelos veiculares (com dois e oito graus de liberdade respectivamente) são propostos conforme as orientações das normas BS 6841 (1987), ISO 8608 (1995) e ISO 2631 (1997). Os modelos são analisados linearmente e otimizados por um algoritmo heurístico de enxame de partículas. Finalmente, os resultados de rigidez e amortecimento da suspensão são obtidos e reduzem em até 35,3% a aceleração vertical rms transmitida ao motorista. Por meio de uma análise de sensibilidade, as variáveis de projeto que mais contribuem para essa redução são identificadas. / The present work evaluates the optimization of lumped parameters of suspension on vehicles and considers the importance of this process to minimize the rms vertical acceleration transmitted to ensure comfort and safety to the driver. Thus, this work aims to develop a model able to represent the whole vehicle and, then, optimize the parameters of stiffness and damping in the frequency domain and identify, around the optimal point, those parameters which most influence in this minimization. To achieve these goals, two vehicle models (with two and eight degrees of freedom respectively) are proposed according to the guidelines of the standards BS 6841 (1987), ISO 8608 (1995) and ISO 2631 (1997). The models are linearly analyzed and optimized by a heuristic algorithm of particle swarm. Finally, the results of stiffness and damping of suspension are obtained and reduces up to 35,3% of rms vertical acceleration transmitted to the driver. Through a sensitivity analysis, the design variables that most contribute to this reduction are identified.

Submitted by Marcio Filho (marcio.kleber@ufba.br) on 2017-06-02T13:18:48Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-08T11:07:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao - Daniel Correia.pdf: 2103439 bytes, checksum: 21998777742f6bb17677f65b32158289 (MD5) / O objetivo deste trabalho é desenvolver e aplicar uma metodologia para a realização da análise modal experimental em um conjunto de bombeio por cavidades progressivas (BCP), em condições de instalação similares às de poços reais. A técnica utilizada neste trabalho, conhecida como Enhanced Frequency Domain Decomposition (EFDD), é capaz de estimar os parâmetros modais com boa acurácia, mesmo na presença de ruído. Ela pode estimar as frequências naturais e formas modais através da decomposição em valores singulares (SVD - Singular value decomposition) da matriz densidade espectral de potência (PSD - Power spectral density) da resposta do sistema a uma excitação de entrada. A taxa de amortecimento pode ser obtida através do cálculo do decremento logarítmico nas funções de autocorrelação. A primeira etapa do estudo consiste no desenvolvimento de algoritmos para a implementação de alguns métodos de análise modal experimental comuns na literatura. Foram implementados os métodos do Peak picking (PP), do Frequency Domain Decomposition (FDD), EFDD e do Least Square Complex Exponential (LSCE). É utilizado um sinal sintético de parâmetros conhecidos para comparar os resultados obtidos entre tais técnicas. Além disso, este sinal teve alguns parâmetros alterados, a exemplo da razão sinal-ruído, e o comportamento da estimação com estas técnicas foi avaliado. Na etapa seguinte, são analisadas estruturas relacionadas ao conjunto BCP, como a coluna de revestimento, onde o conjunto será instalado, além de um dos seus principais subsistemas, o conjunto rotor-estator. Por fim, é realizada a análise modal experimental do conjunto BCP, no interior do poço de testes, em condições de instalação similares àquelas encontradas em um poço real.

Veículos, em geral, estão submetidos a carregamentos variáveis aleatórios devido a excitação da pista. Este tipo de carregamento faz com que as tensões atuantes variem com o tempo até que ocorra a falha da estrutura, sendo esta falha denominada fadiga. A fadiga é o principal modo de falha de componentes mecânicos e para evitá-la devemos determinar a durabilidade de um produto durante o seu desenvolvimento. O cálculo de durabilidade pode ser realizado no domínio do tempo, através da contagem de ciclos de tensão, ou no domínio da frequência, através da estimativa da distribuição de probabilidade de ocorrência de determinado nível de tensão. A abordagem espectral apresenta menor esforço computacional e melhor entendimento do comportamento dinâmico. Este trabalho apresenta o comparativo entre a metodologia no domínio do tempo e da frequência, bem como entre dois métodos espectrais. Um componente utilizado em implementos rodoviários foi analisado para demonstrar a aplicabilidade do método espectral. / Vehicles in general suffer random variable loadings caused by road excitation. In this loading, stress varies with time until the structures collapses. This failure mode is known as fatigue. Fatigue is the main failure cause of mechanical components and to avoid it we must determine the endurance of the product during its design stage. Life calculations can be solved in time domain using a cycle counting method or in frequency domain by the probability distribution estimation of the stress cycles. The spectral approach reduces the computational efforts and provides a better understanding of the dynamic behavior. This work presents a comparative study between time and frequency domain methodologies, as well as between two spectral methods. A component of a semi-trailer is analyzed to show the applicability of the spectral methods.

Cerca de 60% do total de cargas transportadas no país, utilizam-se do modal rodoviário, ainda que apenas 13,5% das estradas do país sejam pavimentadas, e, destas 48% possuam algum tipo de deficiência. Inseridas neste contexto, estão as quase 1300 fabricantes de implementos rodoviários, veículos destinados especificamente ao transporte dessas cargas. O cenário evidencia a concorrência existente neste segmento. Para manterem-se competitivas, estas empresas devem oferecer produtos com maior qualidade, durabilidade, segurança e a um custo competitivo. Uma das etapas do desenvolvimento que mais consome recursos destas empresas são as avaliações de durabilidade dos seus respectivos produtos e, neste intuito, as ferramentas de simulação numérica são importantes aliadas, pois permitem estimar a vida em fadiga dos mesmos ainda na fase de concepção, reduzindo custos em garantias, protótipos e tempo despendido no desenvolvimento de um novo produto. A vida em fadiga dos componentes e estruturas metálicas pode ser definida através de duas principais abordagens: domínio do tempo ou domínio da frequência, também chamado de métodos espectrais. Esta abordagem apresenta tanto excitações quanto respostas em termos de Densidade Espectral de Potência - PSD, enquanto a abordagem no domínio do tempo apresenta excitações e respostas em termos de históricos temporais. O uso de métodos espectrais possui como vantagens a redução do esforço computacional, melhor entendimento do comportamento dinâmico da estrutura, além de permitir a análise de trechos representativos das pistas por onde o implemento trafega. O presente trabalho apresenta uma metodologia para estimativa da vida em fadiga de componentes de implementos rodoviários, além de um estudo de caso, utilizando métodos espectrais. A solução do problema faz uso de acelerações aquisitadas em pistas de asfalto e estrada de chão e estes valores são utilizados como dados de entrada na estimativa da vida em fadiga do componente em estudo. Efeitos das tensões médias e critérios de multiaxialidade também foram abordados. / About 60% of the total cargo transported in the country makes use of highways, however only 13.5% of the country's roads are paved, and 48% of them have some type of disability. Inserted in this context there are approximately 1300 manufacturers of road implements, vehicles designed specifically to the transport of cargo. The scenario highlights the competition in this segment. In order to remain competitive, that companies must offer products with higher quality, durability, safety and lower cost. One of development the stages that consumes more resources from these companies is the durability evaluation of their products and, in this aim, numerical simulation tools are important allies, as they allow to estimate the fatigue life of them, still in the design phase, reducing costs in guarantees, prototypes and the time spent in the development of a new product. The fatigue life of components and metallic structures can be defined by two main approaches: the time domain and the frequency domain or spectral method. This spectral approach has both excitations and responses in terms of the Power Spectral Density - PSD, while the time domain approach involves the excitations and responses in terms of some history of time. The use of spectral methods have the advantage of reducing the computational effort, a better understanding of the dynamic behavior of the structure, and allows the analysis of more representative sections of tracks where the implement travels. This work uses one specific methodology for fatigue life assessment of components of road implements, besides a study of some particular case, using spectral methods. The solution of the problem makes use of experimental accelerations measured in paved and unpaved roads, where they are used as input data in the fatigue life assessment of the component in study. Mean stress effects and multiaxial stresses criteria were also considered.

This thesis investigates the feasibility of using the non-invasive biomedical signal of oxygen saturation, or SpO₂ , to diagnose a sleep disorder known as Obstructive Sleep Apnoea Hypopnoea Syndrome (OSAHS). Epidemiologically, OSAHS is the most common condition investigated by sleep clinics. In a patient suspected of having the disorder, the upper airway is obstructed during sleep and a cessation in respiration results. An apnoea is defined as a temporary cessation of breathing. Similarly, a hypopnoea is defined as any reduction in breathing (i.e., less severe than an apnoea). The work has three main objectives; the first being to establish automated evaluation procedures for methods of quantifying apnoeic activity from the SpO₂ signal, the second being to accurately identify apnoeic and normal activity on a minute-by-minute basis, the third being to create a Respiratory Disturbance Index (RDI) based on the analysis which is comparable to the gold-standard Apnoea Hypopnoea Index (AHI) derived by experts. The detection of apnoeic activity is determined using three separate analyses: time domain, frequency domain, and autoregressive modelling with an incorporated amplitude criterion. A training dataset is utilised for algorithm development, and an independent dataset is employed for testing . All three methods result in comparable overall classification accuracies of: 81.2% (time domain), 82.1% (frequency domain), and 80.0% (autoregressive modelling with amplitude). In addition, particular attention is given to the resultant sensitivity, specificity, and accuracy values partitioned according to patient category; i.e., patients with OSAHS may be divided into normal, mild, moderate and severe. Lastly, a simple RDI is computed based on the automated analyses; i.e., the number of apnoeic segments detected divided by the total number of segments used. A comparison between computed RDI and AHI values for the test database show correlation values above 0.8. In conclusion, this thesis shows that through the automated analysis of the SpO₂ signal, OSAHS severity in patients suspected of having the disorder can be quantified. The AR-modelling with an incorporated amplitude criterion, in particular, shows the most promise for further work in this area.

An ongoing experiment is described to demonstrate the principle of multi-pulse laser wakefield acceleration, in which a plasma wakefield is resonantly excited by a train of laser pulses, spaced by the plasma wavelength. Particle-in-cell simulations of the initial single-pulse experimental setup are presented, in order to calculate the expected signal. Preliminary results are presented and future plans, based on work done so far, are discussed. Part of this work involves the implementation of a single-shot wakefield diagnostic - frequency-domain holography, which records the phase shift caused by passage of a probe pulse through the plasma. This implementation is described in detail, along with the associated analysis procedure. Practical difficulties encountered while implementing the diagnostic are discussed, along with possible ways of mitigating them in the future. A method is presented by which the noise level in the resulting phase measurements can be predicted, much more accurately than any previously published method for this technique. Methods of generating pulse trains for use in future multi-pulse laser wakefield acceleration experiments are presented. These include techniques proposed for use in this demonstration experiment, as well as one intended for use in a dedicated high-efficiency, high repetition-rate, multi-pulse driver laser. This last method, based on programmable pulse shaping using a spatial light modulator, requires a suitable mask to be computed based on the parameters of the required pulse train; an algorithm is described to perform this computation.

Tradicionalmente, o processo de análise para obtenção da vida à fadiga em sistemas estruturais ou componentes mecânicos sujeitos a carregamentos dinâmicos é realizado no domínio do tempo, procedimento que, mesmo sendo amplamente conhecido, demanda maior tempo e esforço computacional. Nas últimas décadas, tem se aperfeiçoado métodos de solução no domínio da frequência que vêm apresentando maior eficiência e mostrando-se competitivos, além de um campo com promissor potencial de desenvolvimento. Assim, neste trabalho será desenvolvida uma abordagem visando reduzir os recursos computacionais consumidos numa análise de vida à fadiga, utilizando para isso métodos no domínio da frequência, onde excitação e resposta são representadas por PSD, e também uma abordagem de análise Global-Local. Para isso, será realizada uma sequência de etapas que de forma resumida são: geração do modelo Global, análise modal, geração do modelo Local e matriz de compatibilidade, cálculo da PSD a partir do carregamento, transformação do sistema para o domínio da frequência, montagem da Função de Resposta em Frequência, e por fim, utilizando dados da curva S-N do material será realizada a aplicação do modelo de Dirlik para prever a vida em fadiga. Todas estas etapas foram implementadas em programa numérico, e seus resultados testados com exemplos da literatura, gerando assim, um conjunto de ferramentas para pesquisa da fadiga no domínio da frequência. O estudo desenvolvido utiliza como hipóteses que a resposta do sistema estrutural seja linear, o carregamento seja randômico, estocástico e ergódico, a distribuição de picos siga uma distribuição gaussiana, e o método probabilístico para previsão da vida a fadiga se baseie nos parâmetros espectrais. / Traditionally the analysis process to obtain the fatigue life of structural systems or mechanical components subjected to dynamic loading is performed in the time domain, a procedure which, although widely known, requires more time and computational effort. In the last decades it has been optimized solution methods in the frequency domain that has shown greater efficiency and proving to be competitive, besides a field with promising potential development. Thus, this work will be developed an approach aimed at reducing the computational resources consumed in an analysis of fatigue life, using for this frequency domain method, where excitement and response are represented by PSD, and also a global-local analysis approach. Thereunto, there will be a sequence of steps that briefly are: Global model generation, modal analysis, generation of local model and compatibility matrix, calculation of the PDS from the load, system transformation to the frequency domain, assembly frequency response function and finally, using data from the SN curve of the material will be realized the application of Dirlik model to predict the fatigue life. All these steps were implemented in numerical software and their results were tested with literature examples, generating a set of search tools to fatigue in the frequency domain. The study was developed using hypotheses that the structural system response is linear, the loading is random, stochastic and ergodic, the peaks distribution follow a Gaussian distribution, and the probabilistic method to prediction of life for the fatigue is based on the spectral parameters.

Em componentes mecânicos submetidos a carregamentos cíclicos, o modo de falha predominante é a fadiga do material. Para dimensionar tais componentes, uma entrada do projeto é a vida útil, ou seja, a quantidade de ciclos que tal componente deverá resistir. Quando este carregamento cíclico é constante e invariável, a estimativa de vida pode ser encontrada por meio de equações consolidadas, porém em diversas aplicações da engenharia o componente está submetido a solicitações aleatórias e variáveis no tempo, como por exemplo, turbulências em uma asa de avião, uma estrutura sob ação de ondas e marés ou uma estrutura de transporte rodoviário. Nestes casos a estimativa de vida destes componentes torna-se complexa, sendo que, em alguns casos, o cálculo torna-se probabilístico e estatístico. Esta estimativa de vida pode ser realizada no domínio do tempo ou no domínio da frequência. No domínio do tempo, a estimativa é baseada na contagem de ciclos do sinal da tensão em função do tempo, existindo diversos métodos para a contagem destes ciclos, sendo que o mais utilizado é o método Rainflow. No domínio da frequência diversos autores desenvolvem métodos baseando-se no tipo de carregamento aleatório (banda estreita, gaussiano, etc). Os métodos mais utilizados baseiam-se na função densidade espectral de potência- PSD (Power Spectral Density), bem como os parâmetros oriundos desta, os momentos da PSD e a PDF (Probabilistic Density Function). Este trabalho estuda a estimativa de vida em um componente submetido a um carregamento aleatório, utilizando métodos sob o domínio da frequência, por meio dos parâmetros espectrais extraídos da PSD de tensão. Ao longo do trabalho comparou-se a estimativa de dano, ou vida, utilizando um software comercial, com cálculos baseados na literatura. Os resultados foram comparados e algumas fontes de erro, ou variação nos resultados foram destacados. / In mechanical components under cyclic loading, the predominant failure mode is the fatigue of material. To design these components, a necessary project input is the life, or the number of cycles that this component should work. When this cyclic loading is constant and invariable, the estimated life can be found by well-known engineering equations, but in many engineering applications the component was under random loading, e.g. airplane wing turbulence, a structure under the action of waves and tides, or a road transport components. In these cases the calculation becomes probabilistic and statistical. The life estimation can be accomplished under time or frequency domain. Under time domain, the estimation is based on counting cycles of stress signal in the time, there are several methods for this account, which is the most widely used is the Rainflow method. Under frequency domain several authors developed methods based on the sort of random loading (narrow band, gaussian, etc.) The most commonly used methods are based on the power spectral density, or PSD, and the parameters resulting from this, commonly the moments of PSD and the PDF (Probabilistic Density Function). This work studies the damage estimation of a component under random loading using some models of life estimation under frequency domain by spectral parameters extracted from PSD of stress. Throughout the study the damage, or life, estimation has been evaluated using a commercial software, and scripts based on the literature. The results were faced and some sources of error or variation in the results were posted.

Tradicionalmente, o processo de análise para obtenção da vida à fadiga em sistemas estruturais ou componentes mecânicos sujeitos a carregamentos dinâmicos é realizado no domínio do tempo, procedimento que, mesmo sendo amplamente conhecido, demanda maior tempo e esforço computacional. Nas últimas décadas, tem se aperfeiçoado métodos de solução no domínio da frequência que vêm apresentando maior eficiência e mostrando-se competitivos, além de um campo com promissor potencial de desenvolvimento. Assim, neste trabalho será desenvolvida uma abordagem visando reduzir os recursos computacionais consumidos numa análise de vida à fadiga, utilizando para isso métodos no domínio da frequência, onde excitação e resposta são representadas por PSD, e também uma abordagem de análise Global-Local. Para isso, será realizada uma sequência de etapas que de forma resumida são: geração do modelo Global, análise modal, geração do modelo Local e matriz de compatibilidade, cálculo da PSD a partir do carregamento, transformação do sistema para o domínio da frequência, montagem da Função de Resposta em Frequência, e por fim, utilizando dados da curva S-N do material será realizada a aplicação do modelo de Dirlik para prever a vida em fadiga. Todas estas etapas foram implementadas em programa numérico, e seus resultados testados com exemplos da literatura, gerando assim, um conjunto de ferramentas para pesquisa da fadiga no domínio da frequência. O estudo desenvolvido utiliza como hipóteses que a resposta do sistema estrutural seja linear, o carregamento seja randômico, estocástico e ergódico, a distribuição de picos siga uma distribuição gaussiana, e o método probabilístico para previsão da vida a fadiga se baseie nos parâmetros espectrais. / Traditionally the analysis process to obtain the fatigue life of structural systems or mechanical components subjected to dynamic loading is performed in the time domain, a procedure which, although widely known, requires more time and computational effort. In the last decades it has been optimized solution methods in the frequency domain that has shown greater efficiency and proving to be competitive, besides a field with promising potential development. Thus, this work will be developed an approach aimed at reducing the computational resources consumed in an analysis of fatigue life, using for this frequency domain method, where excitement and response are represented by PSD, and also a global-local analysis approach. Thereunto, there will be a sequence of steps that briefly are: Global model generation, modal analysis, generation of local model and compatibility matrix, calculation of the PDS from the load, system transformation to the frequency domain, assembly frequency response function and finally, using data from the SN curve of the material will be realized the application of Dirlik model to predict the fatigue life. All these steps were implemented in numerical software and their results were tested with literature examples, generating a set of search tools to fatigue in the frequency domain. The study was developed using hypotheses that the structural system response is linear, the loading is random, stochastic and ergodic, the peaks distribution follow a Gaussian distribution, and the probabilistic method to prediction of life for the fatigue is based on the spectral parameters.

O presente trabalho avalia a otimização de parâmetros concentrados de suspensão em veículos e considera a importância deste processo para minimizar a aceleração vertical rms transmitida para garantir conforto e segurança ao motorista. Dessa forma, o trabalho objetiva desenvolver uma modelagem capaz de representar o veículo completo para então otimizar os parâmetros de rigidez e amortecimento no domínio da frequência e identificar, em torno do ponto ótimo, quais desses parâmetros mais influenciam nessa minimização. Para atingir esses objetivos, dois modelos veiculares (com dois e oito graus de liberdade respectivamente) são propostos conforme as orientações das normas BS 6841 (1987), ISO 8608 (1995) e ISO 2631 (1997). Os modelos são analisados linearmente e otimizados por um algoritmo heurístico de enxame de partículas. Finalmente, os resultados de rigidez e amortecimento da suspensão são obtidos e reduzem em até 35,3% a aceleração vertical rms transmitida ao motorista. Por meio de uma análise de sensibilidade, as variáveis de projeto que mais contribuem para essa redução são identificadas. / The present work evaluates the optimization of lumped parameters of suspension on vehicles and considers the importance of this process to minimize the rms vertical acceleration transmitted to ensure comfort and safety to the driver. Thus, this work aims to develop a model able to represent the whole vehicle and, then, optimize the parameters of stiffness and damping in the frequency domain and identify, around the optimal point, those parameters which most influence in this minimization. To achieve these goals, two vehicle models (with two and eight degrees of freedom respectively) are proposed according to the guidelines of the standards BS 6841 (1987), ISO 8608 (1995) and ISO 2631 (1997). The models are linearly analyzed and optimized by a heuristic algorithm of particle swarm. Finally, the results of stiffness and damping of suspension are obtained and reduces up to 35,3% of rms vertical acceleration transmitted to the driver. Through a sensitivity analysis, the design variables that most contribute to this reduction are identified.