Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_nelia_cardoso.pdf: 1466645 bytes, checksum: dadc47946d306e87758d6b0a3d3763fa (MD5) Previous issue date: 2007-02-22 / The general aim of this paper is to verify the statistical relations of instability rates with the total amount of precipitation ocurred in value bands,in order to determine the reliability of each of the instabilities rates studied since precipitation acts directly in agriculture,clothing and planning of events and parties,leading the study of such variable to be widely explored,so that there is a greater understanding,and then a great planning about the above-mentioned examples and many others.The precipitaion,as well as its form,is associated with the characteristics of instability of the atmosphere,this meteorological variable is determined through studies of the superior atmosphere configuration,using data from aerological soundings.Such information is collected by superior air stations existing in few localities in Brazil.In the research proposed it was used only instability rates which include mathematical equations supported by values of atmospheric variables obtained of aerological soundings.In the execution of this study it will be used precipitation daily data from the meteorological station of orto Alegre,pertaining to the 8 th district of meteorology of the Nacional Institute of Meteorology INMET,from the Ministry of agriclture, cattle and supplying -MAPA,and also daily data of instability rates obtained through atmospheric soundings carried out in the meteorological station of superior air at the international airport Salgado Filho in Porto Alegre.The period of this data was from 1990 to 2005.It was verified that the indexes of instability when related separately with the rain they did not present good results.But,all together ones,got better plenty the relationships with the rains. / O objetivo geral do presente trabalho foi verificar as relações estatísticas,dos índices de instabilidade com o total de precipitação ocorrida,em faixas de valores.Para determinar a confiabilidade de cada um dos índices de instabilidade aqui estudados, pois a precipitação age diretamente na agricultura,no planejamento de festas e eventos,no vestuário,enfim,fazendo com que o estudo desta variável,seja cada vez mais explorado,a fim de que haja um melhor entendimento,e com isso possa ser feito um bom planejamento para os exemplos citados acima,e tantos outros.A precipitação,bem como sua forma,está associada às características de instabilidade da atmosfera,essa variável meteorológica é determinada através de estudos da configuração da atmosfera superior,utilizando informações de sondagens aerológicas e essas informações são coletadas pelas estações de ar superior, existentes em poucas localidades no Brasil.Na pesquisa proposta,foram usados apenas índices de instabilidade que envolvam equações matemáticas alimentadas por valores de variáveis atmosféricas obtidas de sondagens aerológicas.Na execução desse trabalho serão usados dados diários de precipitação da estação meteorológica de Porto Alegre pertencente ao 8 0 Distrito de Meteorologia do Instituto Nacional de Meteorologia INMET do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento MAPA e também dados diários de índices de instabilidade,obtidos através de sondagens atmosféricas realizadas na estação meteorológicas de ar superior do Aeroporto Internacional Salgado Filho na Cidade de orto Alegre.O período desses dados foi de 1990 até 2005.Verificou-se que os índices de instabilidade quando relacionados separadamente com a chuva não apresentaram bons resultados.Mas,todos juntos,melhoraram bastante as relações com as chuvas.

[pt] No presente trabalho se estuda um elemento finito subparamétrico que aproxima o campo de deslocamentos com funções spline, implementando um programa que pode ser utilizado para calculo estático, dinâmico e de instabilidade de estruturas compostas de placas, vigas de paredes finas, vigas caixão e em geral em elementos alongados (pontes e perfis metálicos). O grau de liberdade de rotação perpendicular ao plano do elemento é introduzido na formulação para possibilitar uma análise tridimensional. Apresenta-se um método que serve como base para determinar a constante de rigidez correspondente. Nos exemplos apresentados avalia-se a precisão obtida utilizando pouco número de divisões longitudinais do continuo, vantagem que justifica o uso desses elementos em estudos de pré-projeto ou otimização de estruturas. Comparam-se os resultados com soluções teóricas ou resultados de outros programas estruturais, permitindo apreciar as possibilidades e limitações da modelagem usando elementos finitos com funções spline. As diferenças observadas, que surgem principalmente em placas espessas, são explicadas pela aproximação da deformação de cisalhamento encontrada na literatura para os elementos utilizados na comparação. Mostra-se também exemplos de instabilidade analisados em três dimensões que permitem considerar diferentes condições de apoio e discutir os resultados de fórmulas conhecidas. / [en] The present work presents a subparametric finite element model with spline displacement functions, implemented for static, dynamic and instability analysis of folded plates, thin-walled beams, box girders, and elongated structures such as bridges and structural shapes. A drilling degree of freedom (rotation about an axis perpendicular to the plane of the element) is introduced in the formulation to allow for three-dimensional analysis. A method for determining the corresponding contribution to the stiffness matrix is presented. The examples presented evaluate the accuracy obtained using a small number of longitudinal subdivisions of the continuum, convenient in the case of analyses for preliminary design and optimization. The results obtained are compared to theoretical solutions or results of standard structural analysis programs, allowing for an appraisal of the advantages and limitations of modeling with use of spline functions. The differences in the results, observed specially in the case of thick plates, are explained by the approximations for the shear strain in the elements used for comparison. From the examples it is possible to comment results of threedimensional modeling of instability problems with different boundary conditions.

[pt] O objetivo desta tese é estudar os mecanismos de escape em sistemas estruturais sensíveis a imperfeições quando submetidos a certas classes de carregamentos dinâmicos, identificar os parâmetros que controlam o escape e criar critérios capazes de prever a fronteira de escape e a perda de estabilidade da estrutura no espaço dos parâmetros de controle. Isto permitirá um melhor entendimento dos processos de perda de estabilidade e servirá de base para o cálculo e controle da integridade dessas estruturas. Após a descrição dos fenômenos que podem ocorrer na dinâmica dessa classe de estruturas, são testados e adaptados alguns critérios existentes na literatura, que verificam a estabilidade de uma estrutura a partir do conhecimento dos parâmetros de controle. Em seguida estuda-se a evolução da estabilidade global do conjunto das soluções medida pela área da bacia de atração, e pelas características de sua fronteira. Desenvolvem-se expressões gerais para o critério de Melnikov, e mostra-se, a partir de perturbações aleatórias nos parâmetros de controle e na força externa, que essas expressões podem ser tomadas como um limite inferior para o carregamento de escape e conseqüentemente como uma contribuição para o desenvolvimento de critérios de projeto. Verifica-se também que os valores obtidos pelos critérios de escape podem ser tomados como limites superiores para o valor da força de escape. / [en] The purpose of this thesis is to study the escape mechanisms in imperfection sensitive structural systems under certain dynamical loading conditions. Other objectives are to identify the parameters that control the escape phenomenon and to create some criteria capable of predicting the escape boundary and the structures stability in the control parameters space. This will allow a better understanding of the stability loss process and can serve as a basis to the integrity control and design of these structures. After a description of the phenomena that can occur in the dynamics of this class of structures, some predictive criteria, found in literature, that verify the structure stability based on the control parameters knowledge, are adapted and tested. Following is a study of the evolution of the global stability of the set of solutions measured by the basin of attraction area, and by the characteristics of its boundary. Some general expressions for the Melnikov criterion are developed, and it is shown by randomly perturbing the control parameters and the external force, that these expressions can be taken as a lower bound for the escape load, and consequently as a contribution to the development of design criteria. It is also observed that the values obtained by the escape criteria can be taken as an upper bound for the values of the escape force. / [es] EL objetivo de esta tesis es estudiar los mecanismos de escape en sistemas extructurales que son sensibles a imperfecciones cuando son sometidos a ciertas clases de cargas dinámicas. Outro objetivo es identificar los parámetros que controlan el escape y crear criterios capaces de preveer la frontera de escape y la pérdida de estabilidad de la extructura en el espacio de los parámetros de control. Esto permitirá una mejor comprensión de los procesos de pérdida de estabilidad y servirá de base para el cálculo y control de la integridad de esas extructuras. Después de describir los fenómenos que pueden ocurrir en la dinámica de esta clase de extructuras, se prueban y adaptan algunos criterios existentes en la literatura, que verifican la estabilidad de una extructura a partir del conocimiento de los parámetros de control. Seguidamente, se estudia la evolución de la estabilidad global del conjunto de las soluciones, se dearrollan expresiones generales para el criterio de Melnikov, y se muestra, a partir de perturbaciones aleatorias en los parámetros de control y en la fuerza externa, que esas expresiones pueden ser tomadas como límite inferior para la carga de escape y conseqüentemente como una contribución para el desarrollo de criterios de proyecto. Se verifica también que los valores obtenidos por los criterios de escape pueden ser tomados como límites superiores para el valor de la fuerza de escape.

[pt] Arco segmentado é uma estrutura composta de vários segmentos retilíneos,emendados em pontos pertencentes a uma curva em forma de arco que circunscreve a estrutura. A coincidência dos pontos das emendas (nós) com essa curva permite a redução dos momentos fletores nesses pontos. O arco segmentado assim idealizado apresenta algumas vantagens para a indústria de pré-moldados, quais sejam: permite a utilização das fôrmas empregadas na moldagem de outros tipos de peças retilíneas como pilares e vigas; permite a construção de arcos com qualquer relação entre a flecha e o vão, empregando-se as mesmas fôrmas, bastando para isso variar os ângulos entre os segmentos emendados. Neste trabalho é feito um estudo teórico sobre a estabilidade dos arcos segmentados,utilizando para isto o modelo computacional baseado no método nos elementos finitos. Dentro deste estudo são realizadas análises sobre a influência da relação altura/vão, da variação do número de segmentos, da presença de imperfeições iniciais e da ação do vento no comportamento global destes arcos. Também é desenvolvido um procedimento para o cálculo da carga crítica dos arcos segmentados bi e tri-articulados e que leva em consideração tanto as cargas caracterizadas por pontos limite como as por pontos de bifurcação. São apresentados os detalhes e resultados de um ensaio experimental de um arco segmentado de concreto armado, que teve como objetivo principal a verificação do comportamento global deste tipo de estrutura e da eficiência do modelo computacional aqui utilizado. / [en] Segmental arch is a structure made of several straight segments of precast concrete connected at points belonging to a curve in the form of an arch which circumscribes the structure. This type of arch has some advantages for the precasting industry: a) it allows the use of the same forms used to cast other types of straight pieces such as beams and columns; b) it allows the construction of arches with any height/span ratio, using the same forms, which is achieved just by varying the angle between the connected segments. In this work, a study of the stability of this type of arch is developed, with the use of a computer model based on the finite elements method. In side of this study, the effects of height/span ratio variation, segment number variation, initial imperfections presence and the wind action are investigated. In addition, a calculus procedure of the critical load to the segmental arches is developed. This procedure takes in consideration the loads characterized by limit points as much as that by bifurcation points. Is also presented an experimental test, of a segmental arch made of reinforced concrete, that was conducted with the purpose of studying the global behavior of this type of structure, and verify the efficiency of the computer model used. / [es] El arco segmentado es una extructura compuesta de varios segmentos rectilíneos,enmendados en puntos que pertenecen a una curva en forma de arco que circunscribe la extructura. La intercepción de los puntos de las enmiendas (nodos) con esa curva permite la reducción de los momentos flectores en esos puntos. El arco segmentado presenta algunas ventajas para la industria de premoldados como son: permite la reutilización de las formas para el moldeado de otros tipos de piezas rectilíneas como pilares y vigas; permite la construcción de arcos con cualquier relación entre la flecha y el vano, utilizando las mismas formas, tan solo variando los ángulos entre los segmentos enmendados. En este trabajo, se desarrolla un estudio teórico sobre la estabilidad de los arcos segmentados,utilizando el modelo computacional basado en el método en los elementos finitos. Dentro de este estudio se analiza la influencia de: la relación altura/vano, la variación del número de segmentos, la presencia de imperfecciones iniciales y la acción del viento en el comportamiento global de estes arcos. También se desarrolla un procedimiento para el cálculo de la carga crítica de los arcos segmentados bi y triarticulados que lleva en consideración tanto las cargas caracterizadas por puntos límites como por puntos de bifurcación. Se presentan detalles y resultados de un ensayo experimental de un arco segmentado de concreto armado, cuyo objetivo principal es verificar el comportamiento global de este tipo de extructura y la eficiencia del modelo computacional aqui utilizado.

[pt] Nesta dissertação são estudados a flambagem e o comportamento pós-crítico de colunas esbeltas sob a ação do peso próprio. Primeiramente, é realizada uma análise linear para a determinação das cargas críticas e modos críticos para colunas com diferentes condições de contorno e para a determinação da relação carga-frequência. Para estudar o comportamento pós-crítico da coluna, uma formulação geometricamente exata para a análise não-linear de elementos estruturais unidimensionais foi desenvolvida, considerando uma distribuição arbitrária da carga e condições de contorno. A partir desta formulação obtém-se um conjunto de equações não-lineares de primeira ordem, as quais,juntamente com as condições de contorno dos extremos da coluna, formam o problema de valor de contorno. Este problema é resolvido pelo uso simultâneo do método de integração numérica de Runge-Kutta e pelo método de Newton- Raphson. Devido a um algorítmo de continuação, soluções precisas podem ser obtidas para uma variedade de problemas de estabilidade apresentando pontos limite ou de bifurcação. Com o uso desta formulação, é feita uma análise paramétrica detalhada a fim de possibilitar o estudo da flambagem e do comportamento pós-crítico de colunas esbeltas sujeitas a ação do peso próprio, incluindo a influência das condições de contorno na estabilidade, a distribuição dos esforços internos e o comportamento não- linear geométrico da coluna. Com o objetivo de verificar a qualidade e a precisão dos resultados, foi conduzida uma análise experimental para o caso de uma coluna esbelta engastada e livre. Os resultados experimentais obtidos para a flambagem, freqüências naturais e para o comportamento pós-crítico foram comparados de forma favorável com os resultados teóricos e numéricos. / [en] In this thesis the buckling and post-buckling behavior of slenders columns under self-weight are studied. First a linear analysis is conducted to determine the critical loads for different boundary conditions and the load-frequency relation. In order to study the post-buckling behavior of the column, a geometrically exact formulation for the non- linear analysis of uni-dimentional structural elements has been derived, considering arbitrary load distribution and boundary conditions. From this formulation one obtains a set of first-order coupled non-linear equations which, together with the boundary conditions at the column ends, form a two-point boundary value problem. This problem is solved by the simultaneous use of the Runge-Kutta integration scheme and the Newton-Raphson method. By virtue of a continuation algorithm, accurate solutions can be obtained for a variety of stability problems exhibiting either limit point or bifurcational-type buckling. Using this formulation, a detailed parametric analysis is conducted in order to study the buckling and post-buckling behavior of slender columns under self-weight, including the influence of boundary conditions on the stability, internal forces distribution and large deflection behavior of the column. To verify the quality and accuracy of the results, an experimental analysis was conducted considering a clamped-free thin-walled metal column. The buckling and post-buckling behavior as well as the load-frequency relation were obtained and compared favorably with the theoretical and numerical results. / [es] En esta disertación se estudian el flameo el comportamiento postcrítico de columnas esbeltas bajo la acción del peso proprio. Primeramente, se realiza un análisis lineal para la determinación de las cargas críticas y modos críticos para columnas con diferentes condiciones de contorno y para la determinación de la relación carga frecuencia. Para estudiar el comportamiento postcrítico de la columna, fue desarrollada una formulación geométricamente exacta para el análisis no lineal de elementos extructurales unidimensionales, considerando una distribuición arbitraria de la carga y condiciones de contorno. A partir de esta formulación se obtiene un conjunto de ecuaciones no lineales de primer orden, las cuales, juntamente con las condiciones de contorno de los extremos de la columna, forman el problema de valor de contorno. Este problema se resuelve usando simultáneamente el método de integración numérica de Runge Kutta y el método de Newton Raphson. A través de un algorítmo de continuación, pueden ser obtenidas soluciones precisas para una variedad de problemas de estabilidad presentando puntos límite o de bifurcación. Utilizando esta formulación, se realiza análisis paramétrico detallado a fin de hacer posible el estudio del flameo y del comportamiento postcrítico de columnas esbeltas sujetas a la acción del proprio peso, inclyendo la influencia de las condiciones de contorno en la estabilidad, la distribuición de los esfuerzos internos y el comportamiento no lineal geométrico de la columna. Con el objetivo de verificar la calidad y la precisión de los resultados, se ejecutó un análisis experimental para el caso de una columna esbelta y libre. Los resultados experimentales obtenidos para el flameo, frecuencias naturales y para el comportamiento postcrítico fueron comparados de forma favorable con los resultados teóricos y numéricos.

Escoamentos sobre superfícies côncavas, como os que ocorrem no intradorso de uma pá de turbina, estão sujeitos à instabilidade centrífuga. A esse tipo de configuração atribui-se possibilidade de transição à turbulência devido a formação dos vórtices de Görtler. Estudos são propostos no sentido de identificar possível influência do gradiente de pressão nos mecanismos de desenvolvimento desses vórtices e sua interação com outras perturbações na transição. O processo de investigação dá-se numericamente por meio do desenvolvimento e uso de um código numérico paralelizado e de alta ordem de precisão. Resultados obtidos caracterizam o gradiente de pressão adverso como mais instável se comparado ao caso neutro ou favorável. Variações no gradiente de pressão não se mostram eficientes no processo de controle da instabilidade. Ao gradiente adverso atribui-se antecipação da região de saturação dos vórtices. Ressalta-se ainda a natureza desestabilizadora do gradiente adverso quanto aos mecanismos de amplificação dos modos varicoso e sinuoso associados à instabilidade secundária. / Flows over concave surfaces are subjected to centrifugal instability and may transition to turbulence. Studies are conducted to identify the role of the external pressure gradient on the development of the Görtler vortices and their interaction with other flow disturbances. Numerical simulations are carried out by the development and use of an in-house parallel code with highorder of accuracy. Adverse pressure gradient configurations are observed to be more unstable than the neutral and favourable ones. Pressure gradient variations do not prove to be an efficient way to control the centrifugal instability. The destabilizing behaviour that is observed by the adverse pressure gradient justifies its influence on the anticipation of the saturation of the primary vortices and growth of the sinuous and varicose secondary modes.

A assimetria de cinco estruturas corporais da mosca-das-frutas Ceratitis capitata foi analisada para uma avaliação se poderiam ser utilizadas como bioindicadores. As análises foram feitas em amostras de uma população natural e de uma população de laboratório. Adicionalmente, em amostras obtidas da população de laboratório, os índices de assimetria foram avaliados após a submissão das diferentes amostras à diferentes temperaturas. No estágio de pupa, as amostras foram tratadas nas temperaturas de 17, 20, 25 e 30oC. As estruturas analisadas, em machos e fêmeas foram as cerdas frontais (FO), orbitais (OB), pós-oculares (PO), o comprimento e largura das asas. Nos machos, além dessas estruturas, foi incluída a análise do comprimento de uma das cerdas orbitais, a supra-fronto-orbital (SFO), que apresenta dimorfismo sexual. A variação numérica das cerdas FO e OB foi muito baixa em todas as amostras, não permitindo uma análise da assimetria. A assimetria das demais características, tanto merísticas como métricas, mostrou ser compatível com o modelo da assimetria flutuante (AF). O grau de assimetria de cada estrutura não diferiu entre machos e fêmeas, mas foi significativamente mais alto na amostra da população de laboratório do que na amostra da população natural. No entanto, a assimetria holística (somatória da AF das diferentes estruturas) não mostrou diferenças entre as duas amostras. Nas amostras submetidas a diferentes temperaturas foram observadas alterações significativas no grau de assimetria das estruturas, mas nenhuma alteração no tipo de assimetria que continuou sendo caracterizada como flutuante. Essas análises mostraram não haver diferenças entre os sexos, nem interações entre sexo e temperatura, mas apenas diferenças significativas entre as temperaturas. A assimetria flutuante das cerdas pós-oculares aumenta com o elevação da temperatura, a AF do comprimento das asas e da cerda SFO (nos machos) não mostra correlação com as temperaturas e os resultados indicam que a AF da largura das asas é mais elevada nas temperaturas extremas que nas intermediárias. A comparação da assimetria holística entre as amostras das diferentes temperaturas mostrou que as diferenças não foram significativas. Os resultados indicam que a assimetria das 52 cerdas pós-oculares e das medidas do largura das asas apresentam potencial para evidenciar eventuais estresses durante o desenvolvimento desses insetos. Indicam, também, que a utilização de uma assimetria holísitca pode mascarar possíveis diferenças da assimetria flutuante de estruturas individuais. / Asymmetry of five traits of the fruit fly Ceratitis capitata, an introduced insect pest in Brazil, was analysed in order to evaluate if they present potencial to be used as bioindicators of the \"quality\" of these insects. Samples from a natural population and from a laboratory colony were studied. Moreover, asymmetry was measured in samples from the laboratory colony maintained during the pupal stage, in the temperatures of 17, 20, 25 and 30oC. The analysed traits of males and females, were the frontal, the orbital and the postocular bristles, measurement of the length and cross diameter of the wings and the length of the supra-frontoorbital bristles in the males that show a pronounced sexual dimorphism. Since the numerical variation of the frontal and orbital bristles was very low in all samples it was not possible to analyse the variation in terms of asymmetry. For all other traits, meristic or metric, asymmetry was characterized as following the fluctuating asymmetry (AF) model. AF of the different traits does not differ between sexes, but was significantly higher in the laboratory sample than in the sample from the natural population. No significant differences, however, were found in the holistic asymmetry (sum of AF of different traits) between the two samples. In relation to the experiments conducted in different temperatures, no variations in AF levels were observed between sexes, nor interactions between sex and temperatures. However, significant differences were observed among the samples submitted to different temperatures. AF of the postocular bristles increases proportionaly to the increment of the temperature, while AF of wings and supra-fronto-orbital bristles (in males) lengths showed no correlations with the temperatures, and AF of the cross diameter of wings seems to be higher at the extreme temperatures than at the intermediate ones. When a holistic AF was applied, no significant differences among the temperature samples were observed. The results indicate that asymmetry of the postocular bristles and the length of the wings are parameters showing potencial use as indicators of stresses during development of these insects. They also indicate that a holistic asymmetry may mask variations in the asymmetry of individual traits.

[pt] Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia baseada no Método dos Elementos Finitos para estudar o equilíbrio e a estabilidade de placas apoiadas em fundações elásticas. A formulação utilizada para a análise de placas é válida para a análise linear e não-linear de placas isotrópicas ou ortotrópicas, perfeitas ou inicialmente imperfeitas. Esta formulação é baseada nas teorias de placas de Mindlin e von Kármán e na teoria de cascas abatidas proposta por Marguerre. As placas podem estar apoiadas em fundações lineares ou não-lineares, que são modeladas utilizando elementos finitos isoparamétricos. A fundação não-linear contém termos cúbicos e quadráticos, de modo a permitir uma representação mais realista do seu comportamento. Na obtenção dos caminhos não-lineares de equilíbrio das estruturas, diferentes métodos incrementais-iterativos são utilizados. Com o objetivo de considerar o problema de contato unilateral, duas formulações que utilizam técnicas de Programação Matemática são implementadas, sendo uma para a análise linear e outra para a análise não-linear. Além dessas formulações, o problema de contato unilateral pode ser tratado através do uso de um modelo constitutivo de fundação não resistente à tração também implementado neste trabalho. Exemplos de equilíbrio e de estabilidade são apresentados e, quando possível, os resultados são comparados com os existentes na literatura. Através destes exemplos, estuda-se a influência da não-linearidade da placa e da fundação, das imperfeições geométricas iniciais e do tipo de contato (unilateral ou bilateral) na capacidade de carga e estabilidade da placa. Também é discutida a influência do uso de diferentes malhas de elementos finitos nestes resultados, bem como a eficiência computacional das metodologias utilizadas para lidar com o contato unilateral. / [en] In this work, a finite element formulation to study the equilibrium and the stability of plates on elastic foundations is developed. This formulation can be used for linear and nonlinear analyses of isotropic or orthotropic, perfect or initially imperfect plates. It is based on Mindlin`s and von Kármán`s plate theories and on the shallow shell theory proposed by Marguerre.The plates can be on linear or non-linear foundations modeled using isoparametric finite elements. The non-linear foundation contains cubic and quadratic terms to allow a more realistic representation of its behavior. In order to obtain the equilibrium path of the structure, different incremental-iterative methods are employed.Two different strategies are implemented to solve the unilateral contact problem. In the first one, two formulations that use optimization techniques are developed, one for the linear analysis and the other one for non-linear analysis. The second strategy modifies the constitutive relation of the foundation in order to simulate its tensionless behavior.Equilibrium and stability examples are presented and, whenever possible, the results are compared with the ones found in the literature. In these examples, the influence of the non-linearities of the plate and the foundation, of initial geometric imperfections, and of the type of contact (unilateral or bilateral) on the load capacity and stability of the plate is studied. The influence of different finite element meshes on the results and the computational efficiency of the methodologies used to solve the unilateral contact problem are also discussed. / [es] En este trabajo se desarrolla una metodología basada en el Método de los Elementos Finitos para estudiar el equilibrio y la estabilidad de placas apoyadas en fundaciones elásticas. La formulación utilizada para el análisis de placas es válida para el análisis lineal y no lineal de placas isotrópicas o ortotrópicas, perhechas o inicialmente imperhechas. Esta formulación tiene como base las teorías de placas de Mindlin y von Kármán y en la teoría propuesta por Marguerre. Las placas pueden estar apoyadas en fundaciones lineales o no lineales, que son modeladas utilizando elementos finitos isoparamétricos. La fundación no lineal contiene términos cúbicos y cuadráticos, de modo que permita una representación más realista del su comportamiento. En la obtención de los caminos no lineales de equilibrio de las extructuras, se utilizaron diferentes métodos incrementales iterativos. Con el objetivo de considerar el problema de contacto unilateral, se implementan dos formulaciones que utilizan técnicas de Programación Matemática, una para el análisis lineal y otra para el análisis no lineal. Además de esas formulaciones, el problema de contacto unilateral puede ser tratado a través del uso de un modelo constitutivo de fundación no resistente a la tracción, que también es implementado en este trabajo. Se presentan ejemplos de equilíbrio y de estabilidad y, cuando posible, se comparan los resultados con los existentes en la literatura. A través de estos ejemplos, se estudia la influencia de la no linealidad de la placa y de la fundación, de las imperfecciones geométricas iniciales y del tipo de contacto (unilateral o bilateral) en la capacidad de carga y la estabilidad de la placa. También se discute la influencia del uso de diferentes mallas de elementos finitos em estos resultados, así como la eficiencia computacional de las metodologías utilizadas para tratar el contacto unilateral.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Em suma, esta tese propõe uma metodologia de acompanhamento de interfaces móveis que baseia-se no método dos conjuntos de nível aqui chamado de método das curvas de nível, uma denominação baseada nas aplicações em que as interfaces são representadas por curvas acoplado a uma implementação semi-Lagrangeana, para problemas em meios porosos. Embora esta técnica possa, em princípio, ser aplicada a qualquer problema físico que apresente uma interface móvel, nesta tese são focados escoamentos em meios porosos consolidados e saturados por um ou dois fluidos imiscíveis e incompressíveis. Adicionalmente, um método iterativo paralelizável para a resolução de sistemas de equações lineares definidos em redes, que podem ser reduzidos à forma das equações fundamentais de equilíbrio, é empregado na determinação dos campos de velocidade associados aos escoamentos em meios porosos. O cenário semi-Lagrangeano acoplado ao método das curvas de nível é comparado com a implementação utilizando o bem conhecido esquema up-wind. Um exaustivo estudo realizado revela a superioridade da metodologia proposta frente à concorrente utilizando o up-wind. Finalmente, o método das curvas de nível com implementação semi-Lagrangeana (método semi-Lagrangeano das curvas de nível), e o método iterativo para a determinação do campo de velocidades são aplicados no estudo de problemas transientes em meios porosos que apresentam instabilidades dos tipos Saffman-Taylor e Rayleigh-Taylor. Este estudo envolve uma análise de estabilidade linear, a introdução de diversas perturbações trigonométricas na interface e a sua evolução não-linear. / Briefy, this thesis proposes a method for capturing moving interfaces based on the level set method coupled to a Semi-Lagrangian implementation for problems in porous media. Although this method could, in principle, be applied to any physical problem with moving interfaces, we foccus, in this thesis, on flows inside a consolidated porous media saturated by one or two imiscible and incompressible fluids. Besides, a parallelizable iterative method for solving linear systems defined on a network that can be reduced to the fundamental equilibrium equations, is employed to determine the velocity field associated with the flow in a porous medium. The semi-Lagrangian scheme coupled with the level set method is compared with the well-known implementation with the up-wind scheme. An exhaustive study is performed and reveals the superiority of the proposed scheme in relation to the competing one using the up-wind method. Finally, the level set method with semi-Lagrangian implementation and the iterative method for determining the velocity field are applied to the study of transient problems in porous media which present Saffman-Taylor and Rayleigh-Taylor instabilities. This study involves the application of a linear stability analysis, the introduction of several trigonometric perturbations to the interface and its non-linear evolution.

Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo a Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / Em suma, esta tese propõe uma metodologia de acompanhamento de interfaces móveis que baseia-se no método dos conjuntos de nível aqui chamado de método das curvas de nível, uma denominação baseada nas aplicações em que as interfaces são representadas por curvas acoplado a uma implementação semi-Lagrangeana, para problemas em meios porosos. Embora esta técnica possa, em princípio, ser aplicada a qualquer problema físico que apresente uma interface móvel, nesta tese são focados escoamentos em meios porosos consolidados e saturados por um ou dois fluidos imiscíveis e incompressíveis. Adicionalmente, um método iterativo paralelizável para a resolução de sistemas de equações lineares definidos em redes, que podem ser reduzidos à forma das equações fundamentais de equilíbrio, é empregado na determinação dos campos de velocidade associados aos escoamentos em meios porosos. O cenário semi-Lagrangeano acoplado ao método das curvas de nível é comparado com a implementação utilizando o bem conhecido esquema up-wind. Um exaustivo estudo realizado revela a superioridade da metodologia proposta frente à concorrente utilizando o up-wind. Finalmente, o método das curvas de nível com implementação semi-Lagrangeana (método semi-Lagrangeano das curvas de nível), e o método iterativo para a determinação do campo de velocidades são aplicados no estudo de problemas transientes em meios porosos que apresentam instabilidades dos tipos Saffman-Taylor e Rayleigh-Taylor. Este estudo envolve uma análise de estabilidade linear, a introdução de diversas perturbações trigonométricas na interface e a sua evolução não-linear. / Briefy, this thesis proposes a method for capturing moving interfaces based on the level set method coupled to a Semi-Lagrangian implementation for problems in porous media. Although this method could, in principle, be applied to any physical problem with moving interfaces, we foccus, in this thesis, on flows inside a consolidated porous media saturated by one or two imiscible and incompressible fluids. Besides, a parallelizable iterative method for solving linear systems defined on a network that can be reduced to the fundamental equilibrium equations, is employed to determine the velocity field associated with the flow in a porous medium. The semi-Lagrangian scheme coupled with the level set method is compared with the well-known implementation with the up-wind scheme. An exhaustive study is performed and reveals the superiority of the proposed scheme in relation to the competing one using the up-wind method. Finally, the level set method with semi-Lagrangian implementation and the iterative method for determining the velocity field are applied to the study of transient problems in porous media which present Saffman-Taylor and Rayleigh-Taylor instabilities. This study involves the application of a linear stability analysis, the introduction of several trigonometric perturbations to the interface and its non-linear evolution.