Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

A excitação dos modos acoplados vibroacústicos de um sistema, essencialmente em baixas freqüências, amplifica-se devido à ressonância, modificando o campo acústico interno e gerando regiões vizinhas de alta e baixa pressão acústica. O desconforto decorrente deste fato pode ser diminuído ou eliminado, dependendo das possibilidades de se evitar o casamento das freqüências naturais acoplada, com as freqüências naturais dos sistemas de transmissão e das fontes excitadoras. O tratamento de problemas acoplados considerando a interação fluido - estrutura existente, a exemplo dos sistemas vibroacústicos, vem sendo com o passar dos anos, diante da maior disponibilidade de ferramentas analíticas, numéricas e experimentais, um desafio possível de solução e de alvo constante de pesquisa em diversos segmentos tecnológicos da indústria aeronáutica, automotiva, nuclear, civil, biomecânica, etc. O desenvolvimento da análise e otimização numérica em modelos vibroacústicos, tema desta pesquisa, sob condições de contorno definidas, é importante não só para compreensão do fenômeno físico, mas também para se adquirir sensibilidade quanto aos fatores que influenciam a resposta vibroacústica em diferentes sistemas, onde a interação fluido-estrutura deve ser considerada. Dentre os objetivos da pesquisa consideram-se, o desenvolvimento analítico de uma formulação simples para a análise modal de sistemas vibroacústicos tridimensionais, a implementação computacional dessa formulação para comparação com os resultados advindos de um programa comercial disponível, e a solução modal com aplicação da otimização em sistemas vibroacústicos. A metodologia da pesquisa utiliza um tratamento analítico para modelagem do domínio estrutural, do domínio fluido e do acoplamento fluido-estrutura, através de uma discretização por elementos finitos, contextualizando a análise modal por meio de uma formulação matricial assimétrica u-p, em deslocamento u da estrutura e da pressão p do fluido. Na seqüência, avalia-se a otimização numérica em sistemas vibroacústicos, explorando-se alguns tipos de funções objetivo, dentre elas, a otimização da massa estrutural ou de uma freqüência acoplada pré-definida, onde as variáveis de otimização estão relacionadas aos parâmetros dimensionais da estrutura, caracterizando um problema de otimização dimensional. Considerando os valores das freqüências naturais do sistema estrutural e do sistema fluido desacoplado em quatro sistemas vibroacústicos, assim como os valores das freqüências naturais e as formas modais dos modos acoplados, observa-se se as franjas de pressão no fluido seguem a forma da deformação da estrutura ou vice-versa, e com isso é possível verificar se é a estrutura ou o fluido que predomina no modo acoplado. Esses resultados possibilitam o controle modal do sistema vibroacústico. / The structure-acoustic coupled modes excitement of a system, essentially in low frequencies, are amplified due to the resonance, modifying the internal acoustic field and generating areas of high and low acoustic pressure near this field. The discomfort resulting of this fact can be decreased or eliminated, depending on the possibilities to avoid the union of the coupled natural frequencies with the natural frequencies of the transmission systems and the excitation sources. The coupled problems treatment considering the existing fluid-structure interaction, as an example of the structure-acoustic systems, has become throughout the years, before a larger readiness of analytical, numerical and experimental tools, a challenge of possible solution and constant target of research in several technological segments, such as the aeronautical, automotive, nuclear, civil, biomechanics industry, etc. The analysis development and numerical optimization in structure-acoustic models, subject of this research, under defined contour conditions, is important not only to understand the physical phenomenon, but also to acquire sensibility as for the factors that influence the structure-acoustic answer in different systems, where the fluid-structure interaction must be considered. The research has as objectives the analytic development of a simple formulation for the modal analysis of three-dimensional structure-acoustic systems, the computational implement of that formulation for the comparison with the results originated from an available commercial program, and the modal solution with the optimization application in structure-acoustic systems. The research methodology uses an analytical treatment for modeling the structural domain, the fluid domain and the fluid-structure coupled, through the discretization for finite elements, presenting the modal analysis through a up asymmetric matrix formulation, in displacement u of the structure and the pressure p of the fluid. In the sequence, the numerical optimization is evaluated in structure-acoustic systems, being some types of objective functions explored, such as the structural mass optimization or a pre-defined frequency coupled, where the optimization variables are related to the dimensional parameters of the structure, characterizing a problem of dimensional optimization. Considering the values of the structural system natural frequencies and the fluid system uncoupled in four structure-acoustic systems, as well as the values of the natural frequencies and the modal forms of the coupled modes, it is observed if the pressure patterns in the fluid follow the deformation form of the structure or vice-versa, and then it is possible to verify if it is the structure or the fluid that prevails in the coupled mode. These results make the modal control of the structureacoustic system possible.

A excitação dos modos acoplados vibroacústicos de um sistema, essencialmente em baixas freqüências, amplifica-se devido à ressonância, modificando o campo acústico interno e gerando regiões vizinhas de alta e baixa pressão acústica. O desconforto decorrente deste fato pode ser diminuído ou eliminado, dependendo das possibilidades de se evitar o casamento das freqüências naturais acoplada, com as freqüências naturais dos sistemas de transmissão e das fontes excitadoras. O tratamento de problemas acoplados considerando a interação fluido - estrutura existente, a exemplo dos sistemas vibroacústicos, vem sendo com o passar dos anos, diante da maior disponibilidade de ferramentas analíticas, numéricas e experimentais, um desafio possível de solução e de alvo constante de pesquisa em diversos segmentos tecnológicos da indústria aeronáutica, automotiva, nuclear, civil, biomecânica, etc. O desenvolvimento da análise e otimização numérica em modelos vibroacústicos, tema desta pesquisa, sob condições de contorno definidas, é importante não só para compreensão do fenômeno físico, mas também para se adquirir sensibilidade quanto aos fatores que influenciam a resposta vibroacústica em diferentes sistemas, onde a interação fluido-estrutura deve ser considerada. Dentre os objetivos da pesquisa consideram-se, o desenvolvimento analítico de uma formulação simples para a análise modal de sistemas vibroacústicos tridimensionais, a implementação computacional dessa formulação para comparação com os resultados advindos de um programa comercial disponível, e a solução modal com aplicação da otimização em sistemas vibroacústicos. A metodologia da pesquisa utiliza um tratamento analítico para modelagem do domínio estrutural, do domínio fluido e do acoplamento fluido-estrutura, através de uma discretização por elementos finitos, contextualizando a análise modal por meio de uma formulação matricial assimétrica u-p, em deslocamento u da estrutura e da pressão p do fluido. Na seqüência, avalia-se a otimização numérica em sistemas vibroacústicos, explorando-se alguns tipos de funções objetivo, dentre elas, a otimização da massa estrutural ou de uma freqüência acoplada pré-definida, onde as variáveis de otimização estão relacionadas aos parâmetros dimensionais da estrutura, caracterizando um problema de otimização dimensional. Considerando os valores das freqüências naturais do sistema estrutural e do sistema fluido desacoplado em quatro sistemas vibroacústicos, assim como os valores das freqüências naturais e as formas modais dos modos acoplados, observa-se se as franjas de pressão no fluido seguem a forma da deformação da estrutura ou vice-versa, e com isso é possível verificar se é a estrutura ou o fluido que predomina no modo acoplado. Esses resultados possibilitam o controle modal do sistema vibroacústico. / The structure-acoustic coupled modes excitement of a system, essentially in low frequencies, are amplified due to the resonance, modifying the internal acoustic field and generating areas of high and low acoustic pressure near this field. The discomfort resulting of this fact can be decreased or eliminated, depending on the possibilities to avoid the union of the coupled natural frequencies with the natural frequencies of the transmission systems and the excitation sources. The coupled problems treatment considering the existing fluid-structure interaction, as an example of the structure-acoustic systems, has become throughout the years, before a larger readiness of analytical, numerical and experimental tools, a challenge of possible solution and constant target of research in several technological segments, such as the aeronautical, automotive, nuclear, civil, biomechanics industry, etc. The analysis development and numerical optimization in structure-acoustic models, subject of this research, under defined contour conditions, is important not only to understand the physical phenomenon, but also to acquire sensibility as for the factors that influence the structure-acoustic answer in different systems, where the fluid-structure interaction must be considered. The research has as objectives the analytic development of a simple formulation for the modal analysis of three-dimensional structure-acoustic systems, the computational implement of that formulation for the comparison with the results originated from an available commercial program, and the modal solution with the optimization application in structure-acoustic systems. The research methodology uses an analytical treatment for modeling the structural domain, the fluid domain and the fluid-structure coupled, through the discretization for finite elements, presenting the modal analysis through a up asymmetric matrix formulation, in displacement u of the structure and the pressure p of the fluid. In the sequence, the numerical optimization is evaluated in structure-acoustic systems, being some types of objective functions explored, such as the structural mass optimization or a pre-defined frequency coupled, where the optimization variables are related to the dimensional parameters of the structure, characterizing a problem of dimensional optimization. Considering the values of the structural system natural frequencies and the fluid system uncoupled in four structure-acoustic systems, as well as the values of the natural frequencies and the modal forms of the coupled modes, it is observed if the pressure patterns in the fluid follow the deformation form of the structure or vice-versa, and then it is possible to verify if it is the structure or the fluid that prevails in the coupled mode. These results make the modal control of the structureacoustic system possible.

Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

A excitação dos modos acoplados vibroacústicos de um sistema, essencialmente em baixas freqüências, amplifica-se devido à ressonância, modificando o campo acústico interno e gerando regiões vizinhas de alta e baixa pressão acústica. O desconforto decorrente deste fato pode ser diminuído ou eliminado, dependendo das possibilidades de se evitar o casamento das freqüências naturais acoplada, com as freqüências naturais dos sistemas de transmissão e das fontes excitadoras. O tratamento de problemas acoplados considerando a interação fluido - estrutura existente, a exemplo dos sistemas vibroacústicos, vem sendo com o passar dos anos, diante da maior disponibilidade de ferramentas analíticas, numéricas e experimentais, um desafio possível de solução e de alvo constante de pesquisa em diversos segmentos tecnológicos da indústria aeronáutica, automotiva, nuclear, civil, biomecânica, etc. O desenvolvimento da análise e otimização numérica em modelos vibroacústicos, tema desta pesquisa, sob condições de contorno definidas, é importante não só para compreensão do fenômeno físico, mas também para se adquirir sensibilidade quanto aos fatores que influenciam a resposta vibroacústica em diferentes sistemas, onde a interação fluido-estrutura deve ser considerada. Dentre os objetivos da pesquisa consideram-se, o desenvolvimento analítico de uma formulação simples para a análise modal de sistemas vibroacústicos tridimensionais, a implementação computacional dessa formulação para comparação com os resultados advindos de um programa comercial disponível, e a solução modal com aplicação da otimização em sistemas vibroacústicos. A metodologia da pesquisa utiliza um tratamento analítico para modelagem do domínio estrutural, do domínio fluido e do acoplamento fluido-estrutura, através de uma discretização por elementos finitos, contextualizando a análise modal por meio de uma formulação matricial assimétrica u-p, em deslocamento u da estrutura e da pressão p do fluido. Na seqüência, avalia-se a otimização numérica em sistemas vibroacústicos, explorando-se alguns tipos de funções objetivo, dentre elas, a otimização da massa estrutural ou de uma freqüência acoplada pré-definida, onde as variáveis de otimização estão relacionadas aos parâmetros dimensionais da estrutura, caracterizando um problema de otimização dimensional. Considerando os valores das freqüências naturais do sistema estrutural e do sistema fluido desacoplado em quatro sistemas vibroacústicos, assim como os valores das freqüências naturais e as formas modais dos modos acoplados, observa-se se as franjas de pressão no fluido seguem a forma da deformação da estrutura ou vice-versa, e com isso é possível verificar se é a estrutura ou o fluido que predomina no modo acoplado. Esses resultados possibilitam o controle modal do sistema vibroacústico. / The structure-acoustic coupled modes excitement of a system, essentially in low frequencies, are amplified due to the resonance, modifying the internal acoustic field and generating areas of high and low acoustic pressure near this field. The discomfort resulting of this fact can be decreased or eliminated, depending on the possibilities to avoid the union of the coupled natural frequencies with the natural frequencies of the transmission systems and the excitation sources. The coupled problems treatment considering the existing fluid-structure interaction, as an example of the structure-acoustic systems, has become throughout the years, before a larger readiness of analytical, numerical and experimental tools, a challenge of possible solution and constant target of research in several technological segments, such as the aeronautical, automotive, nuclear, civil, biomechanics industry, etc. The analysis development and numerical optimization in structure-acoustic models, subject of this research, under defined contour conditions, is important not only to understand the physical phenomenon, but also to acquire sensibility as for the factors that influence the structure-acoustic answer in different systems, where the fluid-structure interaction must be considered. The research has as objectives the analytic development of a simple formulation for the modal analysis of three-dimensional structure-acoustic systems, the computational implement of that formulation for the comparison with the results originated from an available commercial program, and the modal solution with the optimization application in structure-acoustic systems. The research methodology uses an analytical treatment for modeling the structural domain, the fluid domain and the fluid-structure coupled, through the discretization for finite elements, presenting the modal analysis through a up asymmetric matrix formulation, in displacement u of the structure and the pressure p of the fluid. In the sequence, the numerical optimization is evaluated in structure-acoustic systems, being some types of objective functions explored, such as the structural mass optimization or a pre-defined frequency coupled, where the optimization variables are related to the dimensional parameters of the structure, characterizing a problem of dimensional optimization. Considering the values of the structural system natural frequencies and the fluid system uncoupled in four structure-acoustic systems, as well as the values of the natural frequencies and the modal forms of the coupled modes, it is observed if the pressure patterns in the fluid follow the deformation form of the structure or vice-versa, and then it is possible to verify if it is the structure or the fluid that prevails in the coupled mode. These results make the modal control of the structureacoustic system possible.

Neste trabalho apresenta-se um algoritmo para a simulação de problemas tridimensionais de interação fluido-estrutura utilizando a técnica de elementos finitos. Um esquema de Taylor-Galerkin de dois passos e elementos tetraédricos lineares são empregados para o fluido, que pode ser compressível ou incompressível. É adotada uma formulação lagrangeana-euleriana arbitrária (ALE), compatível com o movimento da interface fluidoestrutura. Um método ftacionado de correção de velocidade é utilizado para os fluidos incompressíveis. A estrutura é analisada usando elementos triangulares com três nós e seis graus de liberdade por nó (três componentes de deslocamentos e três componentes de rotação). Os efeitos da não-linearidade geométrica são incluídos. O método de Newmark é empregado para integrar no tempo as equações dinâmicas de equilíbrio, usando-se uma descrição lagrangeana atualizada. O sistema de equações alge'bricas é solucionado através do método dos gradientes conjugados e o sistema não-linear, resultante de deslocamentos e rotacões finitas da estrutura, é solucionado com um esquema incremental-iterativo. O código é otimizado para aproveitar as vantagens do processamento vetorial.

Neste trabalho um método de partículas para simular a dinâmica de sólidos elásticos e interação fluido estrutura e implementado. O método e baseado no Moving Particle Semi-implicit (MPS), originalmente desenvolvido para escoamentos incompressíveis com superfície livre. A estratégia principal do MPS e substituir os operadores diferenciais das equações governantes por operadores diferenciais discretos em uma distribuição de nos irregulares, derivados de um modelo de interação entre partículas. Inicialmente são apresentados os detalhes da formulação do método e modelos constitutivos utilizados. Uma condição simplificada de fragmentação e proposta, assim como um algoritmo de detecção de contato, permitindo a fragmentação entre vários sólidos. No caso da interação fluido-estrutura, as partículas de superfície do solido são tratadas como partículas de fluido e as pressões destas partículas são calculadas pela resolução da equação de Poisson para a pressão, tal como as partículas de fluido. Desta forma, o acoplamento entre solido e fluido e realizado utilizando o deslocamento e velocidade do solido elástico, como condições de contorno do fluido, e a pressão na interface, obtida pela resolução do movimento do fluido, e aplicada ao movimento do solido elástico. São apresentados e detalhados os algoritmos de solido elástico, fragmentação, colisão e acoplamento fluido-estrutura. Validações qualitativas e quantitativas do método são realizadas para casos estáticos e dinâmicos sujeitos a diferentes condições de contorno, comparando os resultados numéricos obtidos pelo MPS, outros métodos numéricos, soluções analíticas e medições experimentais presentes na literatura. / In this work a particle method to simulate the dynamics of elastic solids and fluid-structure interaction is implemented. It is based on the Moving Particle Semi-implicit Method (MPS), which was originally developed for incompressible flows with free surface. The main strategy of the MPS is to replace the differential operators of the governing equations by discrete differential operators on irregular nodes, which are derived from a model of interaction between particles. Initially details of the method and constitutive equations are shown. A simplified condition of fragmentation and collision between solids are proposed to allow the investigation of fragmentation amount multiple solids. In case of fluid-structure interaction, the solid\'s surface particles are treated as a fluid particle and the pressures of the surface particles are computed by solving Poisson equation for the pressure, just as the fluid particles. Therefore, the coupling between solid and fluid is done by using the displacement and velocity of elastic solid as the boundary conditions of the fluid, and the pressure at the interface, which is obtained when solving the fluid motion, is used to calculate the motion of the elastic solid. The algorithms for elastic solid, fragmentation, collision and fluid-structure interaction are presented and detailed. The qualitative and quantitative validations of the method are carried out herein considering static and dynamic cases subjected to deferent boundary conditions by comparing the numerical results from MPS with other numerical, analytical and experimental results available in the literature.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings. / O presente trabalho é focado no desenvolvimento de uma modelagem matemática abrangente e um conjunto de ferramentas computacionais destinadas à simulação numérica de mancais hidrodinâmicos sujeitos a diferentes regimes de lubrificação (misto, elastohidrodin^amico e completamente hidrodinâmico) e condições operacionais (estático, quasi-estático e transiente). O escoamento do fluido lubrificante é descrito matematicamente através da Equação Generalizada da Mecânica dos Filmes Finos Viscosos (equação de Reynolds), juntamente com o modelo de cavitação p - Ø proposto por Elrod-Adams que incorpora automaticamente as condições de contorno complementares de JFO para a completa conservação dos fluxos mássicos na presença de ruptura de filme lubricante (cavitação). As variações das propriedades reológicas do lubrificante devido aos efeitos de piezo-viscosidade (equação de Barus e Roelands), \\shear-thinning\" (equações de Eyring e Carreau-Yasuda) e piezo-densidade (equação de Dowson-Higginson) são também contempladas na modelagem. Modelos genéricos de mancais de deslizamento s~ao propostos de forma a possibilitar suas aplicações em problemas de dinâmica multicorpos, assim como a consideração dos efeitos de desalinhamento angular, defeitos de superfícies (forma/ondulação, deformações EHL, etc.) e movimento axial. A flexibilidade dos mancais em situações envolvendo elastohidrodinâmica é incorporada por meio de técnicas de condensação de sistemas empregadas no MEF. A in fluência na escala macroscópica dos fenômenos de lubrificação mista é incluída na modelagem através das formulações estatísticas de Patir & Cheng para a perturbação do escoamento devido à rugosidade das superfícies, e Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp para o contato rugoso. Adicionalmente, um modelo determinístico é também proposto no trabalho de forma a possibilitar simulações do regime misto de lubrificação diretamente na escala (microscópica) de rugosidade. A partir da extensa modelagem matemática desenvolvida, três principais contribuições são propostas. Inicialmente, uma formulação genérica para a solução da equação de Reynolds com o modelo de cavitação p - Ø foi desenvolvida de acordo com o Método dos Volumes Finitos Baseado em Elementos (MVFbE). Este novo método permite a solução de problemas de lubrificação com geometrias complexas e discretizados por malhas não estruturadas.O método foi validado a partir da comparação com diversos exemplos da literatura, e posteriormente utilizado para a simulação de mancais texturizados. A segunda contribuição da pesquisa diz respeito à proposição de técnicas mais robustas e estáveis para a solução particionada do problema fluido-estrutura estabelecido em contatos EHL conformes. As técnicas de acoplamento apresentadas são: Método de Gauss-Seidel com Ponto Fixo (PGMF), Método de Gauss-Seidel com Aceleração de Aitken (PGMA) e Método de Quasi-Newton de Interface (IQN-ILS). O desempenho de tais métodos foi avaliado por meio de simulações dinâmicas de dois mancais de biela, o primeiro utilizado em motores de combustão interna (MCI) de alta velocidade (high-speed engine), e o segundo em motores sujeitos a elevado carregamento (heavy-duty diesel engine). Finalmente, a modelagem determinística proposta para o regime misto de lubri- ficação foi aplicada na investigação da influência do desgaste superficial de cilindros de motores de combustão interna, obtidos após 100h de teste em dinamômetro, na geração de sustentação hidrodinâmica e atrito em anéis de controle de óleo (TLOCRs).

A interação entre as ondas vibratórias geradas pela resposta estrutural de uma placa e os modos acústicos de uma cavidade, que é uma das principais fontes de ruído no interior de cabines de automóveis, é estudada empregando técnicas computacionais e experimentais. Para investigar este fenômeno foi construído um protótipo que consiste de uma cavidade feita de acrílico que simula o interior de um veículo. O teto deste modelo pode ser substituído por uma placa de alumínio flexível, para que se possa gerar efeitos de acoplamento entre o campo acústico e a resposta estrutural. Inicialmente, foi feito um estudo analítico do modelo, empregando-se técnicas de elementos finitos com o objetivo de extrair as freqüências naturais e modos vibroacústicos em uma faixa de freqüência abaixo de 300 Hz, em dois casos diferentes: com e sem a presença de assentos dentro da cavidade. Depois disso, o modelo foi submetido a vários testes experimentais, para se obterem as funções de resposta em freqüência, as freqüências naturais vibroacústicas e os modos acústicos e estruturais, usando excitação acústica e estrutural e empregando métodos padrões de análise modal. Para fins de comparação, as FRF\'s vibroacústicas foram obtidas de duas maneiras diferentes: com excitação estrutural e resposta acústica e com excitação acústica e resposta estrutural. As freqüências naturais e os modos vibroacústicos foram medidos usando excitação acústica e estrutural. Neste caso, é mostrada a importância do controle da força excitadora. Alguns parâmetros experimentais foram variados, tais como posicionamento das excitações acústica e estrutural e o tipo de suspensão. Finalmente, é apresentada uma compilação das diferentes técnicas para a extração dos parâmetros modais vibroacústicos, propondo novas metodologias para a medição dos modos acústicos e estruturais em freqüências abaixo de 70 Hz, controlando a força excitadora e utilizando métodos de ajuste de curvas. É mostrado que o uso de excitação acústica e estrutural merece alguns cuidados, visto que a aplicação dos métodos traz restrições de acordo com a faixa de freqüência e a escolha da melhor forma de extração dos modos vibroacústicos depende da freqüência estudada. / The interaction between the vibration waves generated by the structural response of a plate and the acoustic modes of a cavity, which is one of the main noise sources in automobile passenger cabin, is addressed employing both computational and experimental techniques. In order to investigate this phenomenon a prototype which consists of a cavity made of acrylic that resembles a vehicle interior was built. The roof of this model can be replaced by a flexible aluminum plate in order to generate coupling effects between the acoustic field and the structural response. Initially an analytical study was performed on the model employing finite element techniques with the aim of extracting the vibroacoustic natural frequencies and mode shapes in a frequency range below 300 Hz in two different cases: with and without the presence of seats inside the cavity. After that, the model was submitted to several experimental tests in order to obtain the frequency response functions, vibroacoustic natural frequencies and mode shapes, using acoustic and structural excitation and employing standard modal testing methods. For comparison purposes, the vibroacoustic FRF\'s were obtained in two different manners: with the structural excitation and acoustic response and with acoustic excitation and structural response. The vibroacoustic natural frequencies and mode shapes were measured employing both acoustic and structural excitation. In this case, it is shown the importance of the control of the exciting force. Some experimental parameters were varied, such as positioning of the acoustic and structural sources and the suspension type. Finally, a compilation of different techniques for the vibroacoustic modal parameters extraction is presented, proposing new methodologies for the acoustic and structural modes measurements in frequencies below 70 Hz, using force control and curve fitting methods. It is shown that both acoustic and structural excitations have restrictions concerning the frequency range and the choice of the better method for the extraction of the vibroacoustic mode shapes and natural frequencies depends on it.

Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidráulicas é prevenir o aparecimento de vibrações induzidas pelo escoamento nas travessas do pré-distribuidor e pás do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribuídos a tais vibrações, foram relatados 28 casos de trincas ou ruídos anormais nas últimas décadas, que acarretaram enormes prejuízos associados a reparos, atrasos e perda de geração. O estado da arte na prevenção destes problemas baseia-se na utilização de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinâmica dos fluidos computacional para o cálculo transiente do fenômeno. Este trabalho faz uma ampla revisão bibliográfica e levantamento de eventos de trincas ou ruídos ocorridos em travessas nos últimos 50 anos. Propõe, então, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de código aberto. A partir de hipóteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema é formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seção transversal da travessa, levando em conta a interação fluido-estrutura. Nesta estratégia, as equações de Navier-Stokes são resolvidas pelo método dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um código especial em C++ é desenvolvido para o problema de interação fluido-estrutura, no qual o fenômeno de turbulência é levado em consideração por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O método proposto é validado por meio da comparação dos resultados obtidos com referências e medições disponíveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicação do método a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular. / One of the biggest challenges for hydraulic turbine manufacturers is to prevent vortex-induced vibration on the stay vanes and runner blades. Only regarding stay vanes, 28 cases of cracks or unusual noises attributed to such vibrations were reported in the past decades leading to huge costs due to repair, delays and lack of generation. The state of the art today is to use powerful and expensive commercial computational fluid dynamics software to address the required transient phenomena. The present work carries out a comprehensive survey on occurred events in stay vanes during the last 50 years. Then, an alternative approach, based only on free open-source tools, is proposed. From due justified simplifying assumptions, the problem is formulated two-dimensionally, in the stay vane cross section plane, taking the fluid-structure interaction into account. In such a strategy, the Navier-Stokes equations are solved using oomph-lib, an object-oriented, finite-element library. A special C++ computational code is developed to deal with the fluid-structure interaction problem, in which turbulence is considered through a special algorithm, based on the Baldwin-Lomax model. The proposed method is validated through comparisons with an aerodynamics benchmark and an experimental measurement of oscillating rectangular bars both available in the literature. The method is finally applied to a case study of a particular stay vane. Keywords: Hydraulic turbine. Fluid-structure interaction. Vortex-induced vibration.