Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T14:16:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 223355.pdf: 2049426 bytes, checksum: 938a8088fa07dfe63e80c10a6d522aee (MD5)

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T20:55:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 260943.pdf: 3207372 bytes, checksum: d1fe6984348c781c76ca190b5b042044 (MD5) / A tese aborda o estudo analítico e experimental do comportamento e da evolução das perdas magnéticas, principalmente as perdas por histerese quando o núcleo de aços para fins elétricos é submetido a regimes de tensão sinusoidal e não-sinusoidal (tensões arbitrárias). Foi realizado um estudo e análise de erros no cálculo de perdas por histerese para forma de onda de indução não-sinusoidal quando as perdas são calculadas pelos modelos de Steinmetz clássico e pelo método por decomposição da indução magnética em séries de Fourier, sendo baseado no modelo de Steinmetz. Como as condições de excitação por conversores estáticos são diversificadas, nos motores e transformadores sob regime de tensão PWM (Pulse Width Modulation) o fluxo é distorcido e pode estar presente nível contínuo de indução no núcleo (DC), acarretando um aumento das perdas energéticas. As perdas energéticas dependem diretamente da taxa de variação da indução magnética dB(t)/dt. Observou-se nos resultados experimentais em baixa freqüência (1Hz) que laços de histerese principais podem ser obtidos com tensão arbitrária ou tensão puramente sinusoidal. Constatou-se que com o aumento do tamanho do grão, a forma de onda de indução influencia mais nas perdas magnéticas, principalmente para induções mais elevadas. A principal contribuição é a proposição de um novo modelo analítico, simples e de fácil utilização para avaliação das perdas no ferro quando este é submetido a regimes alternantes no tempo contendo uma componente de indução DC ou quando há formação de laços menores no interior do laço de histerese principal. Para o encontro dos parâmetros do novo modelo proposto, necessita-se apenas a realização do ensaio tradicional sob um regime puramente sinusoidal (a partir das perdas calculadas pelo modelo de Steinmetz clássico). Para a validação do novo modelo, foi necessário desenvolver uma metodologia experimental original para estudar e analisar o comportamento das perdas magnéticas produzidas pela componente contínua. Esta metodologia experimental foi implementada utilizando instrumentos virtuais em ambiente LabVIEW e validada para vários materiais para fins elétricos.

[pt] Neste trabalho é apresentada uma revisão completa do método em tradicional e corrigido implementado na linguagem Vida. Trata-se a parte experimental com esmero visando obter resultados experimentais de qualidade acima da qualidade obtida em ensaios convencionais. Com este intuito mediu-se a influência do momento fletor, ou seja, quão diferente de P/A (Força / Área) é a tensão atuante no corpo de prova. Para tal utilizou-se um corpo de prova especialmente projetado para esta função, instrumentado com oito strain-gages. O Clip-gage, instrumento determinante da qualidade dos resultados, foi calibrado com um dispositivo de calibração especialmente desenvolvido para esta tarefa, tendo como principal característica sua elevada rigidez. Estudou-se o efeito de concentração de tensões na redução de diâmetro do corpo de prova, indipensável para garantir que este rompa na área reduzida. Este efeito foi modelado considerando plasticididade atuante apenas na raiz do entalhe e também considerando a plasticidade total do corpo de prova. Por último fez-se a modelagem da flambagem elastoplástica, segundo o modelo de Engesser, dos laços de histerese de amplitude constante. Este é o fator determinante da menor vida possível de ser obtida antes que o corpo de prova flambe plasticamente. No processo de obtenção de resultados experimentais parte-se inicialmente de testes de tração monotônica, de onde são obtidas as propriedades mecânicas indispensáveis para as estimativas relativas ao método EN. Foram realizados, testes EN, com laços de histerese de amplitude de deformação constante, em várias amplitudes de deformação. A partir destes discute-se o processo de obtenção de n e K via estimativas pelo ajuste dos bicos dos laços de histerese, pelo teste de incremento de deformação e pelo ajuste das formas dos laços de histeresse. A otimização do ajuste de n e K é fundamental, pois são estas as constante que descrevem a trajetória gerada à partir de qualquer história de carregamento, seja esta história de amplitude constante ou complexa (de amplitude variável). A descrição de laços de histeresse complexos (de amplitude variável) é o objetivo maior desta tese. Foram realizados experimentos partindo-se de carregamentos complexos controlados em deformação e em tensão, nos quais foi comprovada a necessidade de ser aplicar o método em corrigido e as constantes n e K otimizadas para uma descrição precisa das trajetórias experimentalmente obtidas. Analisa-se então o efeito do transiente durante os teste em de amplitude de deformação constante, onde constata-se que há uma assimetria acentuada nos primeiros ciclos do carregamento, porém quando estabilizado o nível de tensão é simétrico. Isto acontece em aproximadamente 20 por cento do número de ciclos totall do ensaio. Tenta-se modelar o transiente de forma simples com um fator transiente (FT), porém constata-se a necessidade de modelar o transiente pela variação de n e K a cada ciclo. / [en] The main objective of this work was to experimentally study the cyclic elastoplastic behavior under complex leading of two structural steels, named API S-135 and AISI 4340. In order to minimize experimental errors, some problems were studied with unusual care. The influence of the residual bending moment on the EN tests was measured, using a special specimen instrumented with eight strain-gagers. The performance of the clip-gage was checked with a calibration in the test specimen was quantified. And the inelastic buckling of the tst specimen under hysteresis loops of constant amplitude was modeled, considering the effects of cyclic softening. The experimental results include EN tests under constant amplitude of deformation, to obtain the Coffin-Manson and the Ramberg-Osgood curves of the two steels. The softening transient was studied, and the best way to measure the cyclic strain hardening constant K and exponent N in order to optimize the description of the stable hysteresis loops was discussed. This optimization is fundamental for the correct modeling of the complex loops done in the ViDa 99 program. Finally, predicted and experimentally measured loops were successfully compared.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:11:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 323993.pdf: 8521997 bytes, checksum: 64e5bd8bcae24a4f2ba8a7c75a1260e9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho aborda a modelagem numérica de dispositivos eletromagnéticos incluindo o fenômeno de histerese em três dimensões através da formulação da permeabilidade diferencial. Esta formulação possibilita o acoplamento com circuitos elétricos e o tratamento de materiais anisotrópicos e histeréticos. O modelo de histerese utilizado é o vetorial de Jiles-Atherton. São discutidos aspectos sobre a implementação bem como melhorias para a convergência do método. Propõe-se uma mudança na discretização temporal substituindo o método de Euler por Crank-Nicolson. Um benchmark proposto pela ICS (International Compumag Society) é utilizado para validação do método, além da comparação com outras formulações já implementadas. O software é incorporado ao sistema FEECAD, desenvolvido pelo GRUCAD (Grupo de Concepção e Análise de Dispositivos Eletromagnéticos) em colaboração com outros grupos de pesquisa, que já conta com diversos módulos implementados utilizando diferentes formulações.<br> / Abstract : This work deals with the numerical modeling of electromagnetic devices including hysteresis phenomenon through the formulation of differential permeability. This formulation enables the coupling with electrical circuits and treatment of anisotropic and hysteretic materials. The hysteresis model used is the vector Jiles-Atherton.We discuss aspects of the implementation as well as improvements to the convergence of the method. Proposes a change in the time discretization replacing the Euler method on Crank-Nicolson. Abenchmark proposed by the ICS (Compumag International Society) is used to validate the method, as well as comparisons with others formulations already implemented. The software is built into the system FEECAD developed by GRUCAD Group (Design and Analysis of Electromagnetic Devices) in collaboration with other research groups, which already has many modules implemented using different formulations.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T08:24:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T02:21:39Z : No. of bitstreams: 1 182766.pdf: 19098466 bytes, checksum: c47ee4852019e2ee6478a3389c487e9e (MD5) / RESUMO: Neste trabalho, são analisados modelos diferenciais de histerese magnética, com ênfase na representação dos laços menores de indução. São estudados os modelos direto e inverso de Jiles-Atherton. O modelo direto é o original, escrito em termos de uma equação diferencial de primeira ordem, possuindo como variável independente o campo magnético. O modelo inverso, proposto por Sadowski-Lajoie, é descrito, possuindo a indução magnética como variável independente. Ambos os modelos são escalares, ou seja, é assumido que não existe defasagem espacial entre o campo magnético e a indução. Duas metodologias para a obtenção dos parâmetros dos modelos são apresentadas. Os laços menores de indução são obtidos utilizando um fator de escalonamento proposto inicialmente por Jiles e posteriormente modificado por Carpenter. Na metodologia proposta por Carpenter as equações continuam diferenciais, sendo adequadas para simulações com alimentação arbitrária. Os resultados são comparados com curvas experimentais e com a utilização do modelo original, sem modificações.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico / Made available in DSpace on 2012-10-19T09:47:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 178906.pdf: 3693286 bytes, checksum: b556b3defe8907bafe8f58f3ec29b0e2 (MD5) / O presente trabalho aborda o estudo teórico e experimental da caracterização de lâminas de aço ao silício e sua aplicação na engenharia elétrica. Caracteriza-se o material ferromagnético sob vários aspectos e modelos. Contempla-se as perdas magnéticas sob regimes de indução na forma senoidal e não senoidal, com modelos de previsão da evolução das perdas magnéticas. Foi desenvolvida e implementada uma bancada protótipo de mensuração das grandezas eletromagnéticas, onde o sistema controla a forma de onda da indução magnética no material. Por meio de instrumentos virtuais, realiza-se a análise do comportamento eletromagnético do sistema. Uma estratégia de separação das perdas magnéticas é proposta em função da variação da amplitude da indução, em vista das três componentes: histerese, correntes induzidas clássicas e por excesso. Determina-se através de um processo de otimização os parâmetros de um modelo de histerese magnética. Modelos dos fenômenos eletromagnéticos são estudados, desenvolvidos, analisados e aplicados em formulações analíticas ou na aplicação no cálculo numérico de estruturas eletromagnéticas pelo método de elementos finitos.

Made available in DSpace on 2015-09-17T15:26:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-05. Added 1 bitstream(s) on 2015-09-17T15:45:59Z : No. of bitstreams: 1 000844423.pdf: 2359346 bytes, checksum: b4458e4f3f11ad4d0da07e12a3e4f16d (MD5) / As isotermas de sorção tornaram-se importantes para prever o comportamento da cinética de secagem e as condições de armazenamento de resíduos da indústria de sucos; como sementes de maracujá, cascas de laranja e de manga, que são estudadas como matériaprima para aplicações industriais. O conhecimento de tal propriedade é útil para projetar equipamentos ou operações para fins de armazenamento ou processamento. Dentro deste contexto, a presente pesquisa teve como objetivo a determinação experimental das isotermas de sorção destes resíduos da indústria de sucos. Para isso, o teor de umidade de equilíbrio nas isotermas de sorção, de sementes de maracujá, casca de laranja e casca de manga, foi determinado utilizando o método gravimétrico estático nas temperaturas de 20 - 70 °C e atividades de água na faixa de 0,056 - 0,873. Todas as curvas de sorção experimentais mostraram uma diminuição da umidade de equilíbrio com o aumento da temperatura. Além disso, foram observadas as curvas de sorção do tipo III, mostrando um comportamento de materiais com alto conteúdo de carboidratos e alto teor de água a baixa atividade de água. Modelos teóricos e empíricos foram usados para representar os valores experimentais das isotermas de sorção. Para as sementes de maracujá, o modelo empírico de Henderson mostrou a melhor precisão de encaixe para descrever as curvas de adsorção. Além disso, o modelo do Guggenheim, Anderson, e de Boer (GAB); apresentou a melhor precisão para modelar os valores experimentais das isotermas de adsorção da casca de laranja e as isotermas de dessorção e adsorção da casca de manga. Finalmente, com os parâmetros do modelo GAB foi possível confirmar, em termos energéticos, a diferença entre as isotermas de adsorção e dessorção pelo fenômeno de histerese na casca de manga / Sorption isotherms are important for predicting the drying kinetics behavior and storage conditions of agroindustrial wastes such as passion fruit seeds, orange skin and mango skin, which are studied as raw material for industrial applications. The knowledge of such properties is useful to design equipment or operations for storage or processing purposes. Thus, the present research aims to determine the water activity content in juice industry waste. For this, the equilibrium moisture content for sorption isotherms of passion fruit seeds, orange skin and mango skin were determined using the static gravimetric method at temperatures between 20 - 70 oC and water activity range of 0.056 - 0.873. All experimental sorption curves show a decrease in equilibrium moisture content as the temperature increasing. Also, curves type III were observed, showing a behavior of materials with high carbohydrate content and, high water content at low water activity. Theoretical and empirical models were used to represent the experimental values of the sorption isotherms. For passion fruit seeds, the empirical Henderson model shows the best fitting accuracy to describe the adsorption isotherms curves. Moreover, the Guggenheim, Anderson, and de Boer (GAB) model presented the best fitting accuracy to modeling the experimental adsorption isotherms of orange skin and the desorption and adsorption isotherms of mango skin. Finally, with the GAB parameters was possible confirm, in energetic terms, the difference between adsorption and desorption isotherms observed in the hysteresis phenomenon in mango skin

O trabalho trata da formulação, implementação e aplicação de um modelo para análise não-linear de estruturas reticuladas planas em concreto armado, baseado no conceito simplificado de localização dos processos físicos irreversíveis (dano, plasticidade e histerese) em zonas previamente definidas denominadas rótulas que se localizam nas extremidades de um elemento finito de barra. O modelo proposto tem por objetivo reproduzir os deslocamentos residuais relacionados tanto ao comportamento plástico do concreto danificado quanto ao escoamento do aço, além de possibilitar a reprodução de laços de histerese observados experimentalmente em diagramas momento-rotação, ou equivalentemente força-deslocamento, quando a história de carregamento incluir ciclos de descarregamento e recarregamento. A formulação termodinâmica é desenvolvida fazendo-se referência as variáveis de tensão e deformação generalizadas em razão de sua aplicação no âmbito da teoria clássica de flexão de barras. Neste modelo a não-linearidade do elemento estrutural é totalmente decorrente da dissipação de energia localizada nas rótulas e é representada por três variáveis escalares a elas associadas: a variável adimensional de dano, a rotação plástica e a rotação por escorregamento, que representa o fenômeno físico do escorregamento entre as faces das microfissuras no concreto (encaixe e desencaixe dos agregados). Na fase de aplicações as respostas numéricas obtidas com a utilização do modelo proposto foram avaliadas mediante o confronto com diversos resultados experimentais disponíveis na literatura para estruturas de concreto armado sob solicitações estáticas e dinâmicas. Os resultados obtidos evidenciam o bom funcionamento do modelo no caso das solicitações estáticas, tendo sido obtidos resultados limitadamente satisfatórios no caso das solicitações dinâmicas. / This work deals with the formulation, implementation and application of a model for nonlinear analysis of reinforced concrete planed frame structures, based on the simplified concept of localization of the irreversible physical processes (damage, plasticity and hysteresis) in zones previously defined called hinges which are located in the extremities of a bar finite element. The proposed model has as objective to reproduce the residual displacements related to the plastic behavior of the damaged concrete as well as to the steel yielding, moreover making possible the reproduction of hysteresis loops experimentally observed in moment-rotation diagrams, or equivalently force-displacement, when the loading history includes unloading and reloading cycles. The thermodynamic formulation is developed referring to generalized stress and deformation variables due to their application in the scope of the classic theory of bars bending. In this model the nonlinearity of the structural element is totally due to the energy dissipation in the hinges and is represented by three scalar variables associated to them: the non-dimensional damage variable, the plastic rotation and the sliding rotation, which represents the physical phenomenon of sliding between the microcracks faces in the concrete (aggregate interlocking). In the applications phase, the numerical solutions obtained with the use of the proposed model had been evaluated by confrontation with various experimental results available in the literature of reinforced concrete structures under static and dynamic solicitations. The obtained results evidence the good performance of the model in the case of static solicitations, having been obtained limited satisfactory results in the case of dynamic solicitations.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:35:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2210_1.pdf: 1201349 bytes, checksum: cfb0d90561b9bf9328966723d7b9ed4f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este trabalho analisa a variação da histerese, em relação à profundidade, de um depósito de solo expansivo não saturado situado próximo a cidade de Paulista, na região litorânea do nordeste do Brasil. O perfil do solo é constituído de argila expansiva não saturada resultante do processo de decomposição físico-química de argilito e de rocha calcária da Formação Maria Farinha. O processo de umedecimento por vapor foi utilizado para aumentar o teor de umidade inicial do corpo de prova e durante a trajetória de umedecimento. Foram feitas medidas da sucção usando a técnica do papel de filtro, bem como a determinação do teor de umidade volumétrico em cada ponto com a finalidade de serem obtidas as curvas característica de umidade do solo. O ensaio de contração livre foi realizado juntamente com o ensaio de sucção, para a elaboração das curvas de contração e determinação da velocidade de evaporação. Foi utilizado o modelo matemático para ajuste das curvas características de umidade do solo referentes às trajetórias de drenagem e de umedecimento segundo orientação proposta por Gerscovich e Sayão (2002). A escolha do melhor modelo matemático baseou-se na comparação entre índices de desempenho tais como a soma dos quadrados residuais (SQR) e o coeficiente de determinação (R2). Utilizou-se também o critério de informação de Akaike (AIC) para a medição da parcimônia desses modelos. O teste estatístico qui-quadrado (&#967;2) foi aplicado para observar a existência de discrepâncias entre os pontos das curvas experimentais e do modelo. A curva ajustada através do modelo possibilitou o cálculo da área de histerese em cada profundidade

Estômatos são poros responsáveis pela troca gasosa entre a folha e o meio externo. A partir da década de 80, experimentos revelaram um complexo padrão espaço temporal na abertura e fechamento dos estômatos. As experiências apontam para uma possível coordenação entre estômatos em algumas áreas da folha chamada de patches. Esse fenômeno é conhecido na literatura como patchy stomatal conductance. Frequentemente a coordenação dinâmica dos estômatos está associada à oscilações temporais na condutãncia estomática (média especial da abertura dos estômatos). Em 1997 Haefner, Buckley e Mott (HBM) publicaram uma análise numérica de um modelo dinâmico para explorar o comportamento complexo dos estômatos. O modelo é baseado em algumas características conhecidas dos estômatos e assume transporte hídrico em uma rede definida por uma geometria simples e bastante restritiva. De acordo com os autores, o modelo reproduz qualitativamente os dados experimentais. Recentemente, Ferraz e Prado mostraram que esse modelo não é capaz de reproduzir os resultados experimentais. Usando ingredientes do modelo sugerido por HBM, Ferraz e Prado sugeriram uma geometria realística de distribuição reservatórios hídricos. Embora essa configuração reproduza os patches, eles permanecem estáticos e nenhuma oscilação é observada. Sem explorar detalhes significativos, Ferraz e Prado afirmaram que a histerese na abertura estomatal poderia explicar vários aspectos dos resultados experimentais. No presente estudo comprovamos, através de uma abordagem computacional baseada em transdutores histeréticos, que a hipótese de histerese na abertura dos estômatos de fato reproduz qualitativamente os dados experimentais. Em nossa abordagem a histerese na abertura dos estômatos é emulada através de operadores chamados de histerons. A robustez da hipótese é testada usando diferentes tipos de histerons. Analisamos a correlação entre os estômatos na rede que simula a superfície da folha. Observamos que a correlação entre estômatos depende da geometria da veia. Uma análise detalhada dos parâmetros envolvidos revela uma dependência entre o período de oscilação na condutância estomática e o déficit de vapor d\'água entre a folha e o meio ambiente. Esta característica subjacente ao modelo pode inspirar novas experiências para testar a hipótese da histerese na abertura dos estômatos. / Stomata are pores on the surface of leaves responsible for controlling the exchange of gas between the plant and the environment. Experiments revealed a complex spatial-temporal pattern in the opening and closing mechanism of stomata. The main feature of the phenomenon is that stomata appear to be synchronized into clusters, known as patches. The dynamical coordination of stomata often involves oscillations in stomatal conductance. In 1997 Haefner, Buckley, and Mott (HBM) published a numerical analysis of a dynamic model to explore the complex behavior of stomata. The model is based on some known features of the stomata, and assumes that water diffuses within the leaves according to a simple geometric arrangement. According to the authors, the model reproduces qualitatively the experimental data. Recently, Ferraz and Prado showed that the computational approach of HBM is not able to reproduce the experimental results. Inspired by this model, Ferraz and Prado introduced a new geometric features that leads to static patches of stomata; however no oscillation was observed and the patches remained static. The authors suggested that hysteresis in stomatal aperture could explain several experimental aspects. We now report a further investigation of the changes suggested by Ferraz and Prado in the original model of HBM. The theoretical approach confirmed that hysteresis in the aperture mechanism of pores reproduces a variety of behaviors of stomatal conductance described in experiments. We explore the hysteresis feature through the formalism of hysteretic transducer. The robustness of the hysteretic assumption is tested by different kinds of hysteresis operators. We analyzed the correlation among stomata in the lattice. We observed that the correlation depends on the geometry of the veins. Finally, the analysis of the model reveals a dependence between the period of oscillation in the stomatal conductance time series and water vapor pressure deficits &#916;&#969; - an external parameter. Further experiments might explore this underlying feature of the model.