Made available in DSpace on 2018-08-02T00:03:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12110_Vitor Pancieri Pinheiro.pdf: 25330814 bytes, checksum: 7f5bc35e852ef800db26072f07296c48 (MD5) Previous issue date: 2018-03-01 / As formulações mais usuais do método dos elementos de contorno para resolver problemas advectivos difusivos apresentam dificuldades significativas no tratamento do termo de transporte, por distintas razões. Enquanto a formulação clássica, que usa a solução fundamental advectivo-difusiva, é limitada para casos de campos de velocidade variável, a formulação de dupla reciprocidade (MECDR) apresenta problemas de precisão, sendo incapaz de produzir resultados satisfatórios, mesmo em problemas com números Peclét apenas moderados. Este trabalho aplica a recente técnica de interpolação direta regularizada com funções de base radial (MECIDR) para modelar o termo advectivo, permitindo assim uma boa precisão em problemas dominados pela advecção. O MECID apresentou resultados superiores à formulação com dupla reciprocidade em várias aplicações, como nos casos regidos pelas equações de Poisson e Helmholtz e, portanto, a sua extensão aos problemas advectivos-difusivos é uma consequência natural do seu desenvolvimento. Para avaliar o desempenho desta formulação, este projeto traz problemas-teste com solução analítica conhecida e já simulados pelas formulações anteriormente mencionadas, para expor a aplicabilidade e adequação do MECIDR neste contexto. Palavras chave: Integração Direta, Problemas Advectivos-Difusivos, Processo de Regularização, Método de Elementos de Contorno

A distribuição de pesos moleculares (DPM) de um polímero afeta as propriedades mecânicas, térmicas e reológicas do material. Além disso, a análise em tempo real de uma reação de polimerização é uma tarefa complicada e, consequentemente, os procedimentos de controle devem ser baseados em valores gerados pelos modelos. Por isso, é extremamente importante ter dados confiáveis sobre distribuições de pesos moleculares, melhorar a eficiência dos métodos existentes e desenvolver novos métodos capazes de prever as heterogeneidades das reações de polimerização. Experimentalmente, a DPM pode ser obtida usando técnicas como a cromatografia de permeação em gel. Para predizer a DPM, vários métodos foram desenvolvidos nas ultimas décadas. Um dos principais é o dos momentos estatísticos, baseado em conceitos puramente estatísticos, que não conseguem descrever completamente a DPM. Além disso, as aproximações com método de Galerkin usam polinômios ortogonais - no caso especifico polinômios de Laguerre - cujos coeficientes são calculados empregando os momentos estatísticos e a distribuição é gerada resolvendo um número de equações definido pelo usuário, relacionado à precisão desejada. Enfim, o método das funções geradoras de probabilidades foi utilizado para prever as DPMs, porém necessitando uma inversão da transformada de Laplace, que introduz problemas numéricos nem sempre possíveis de serem resolvidos. No presente trabalho, o sistema rigoroso de equações diferenciais ordinárias foi resolvido, com objetivo de reduzir as imprecisões e as limitações introduzidas pelas aproximações. Obter diretamente a DPM completa requer a resolução de um sistema contendo cerca de 2Nmax até 3Nmax equações diferenciais ordinárias rígidas, tarefa que há alguns anos era inviável devido a limitações relacionadas à capacidade de cálculo. Foi modelada a DPM para uma reação de polimerização radicalar livre de estireno e de metacrilato de metila. Um interesse especial foi dado à taxa de terminação que é, no momento, um dos temas mais investigados em polimerização por radicais livres. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais tirados de reatores convencionais e, subsequentemente, com dados experimentais provenientes de um millireactor não convencional. / It is well known that the molecular weight distribution (MWD) of a synthetic polymer affects its mechanical, thermal and rheological properties. Furthermore, the on-line analysis for polymerization reaction is a difficult task and, consequently, the control procedures must rely on values given by models. As such, it is extremely important to have reliable data on the MWD, improve the efficiency of existing methods and develop new ones to predict the heterogeneities of polymerization reactions. Experimentally, the MWD can be obtained using techniques such as Gel Permeation Chromatography (GPC). To predict the MWD, many methods have been developed over the last decades. One of the main methods is the statistical moment treatment, which is based on a pure statistical concept and do not describe the whole MWD. Moreover, Galerkin approximation uses orthogonal polynomials -in general Laguerre polynomials- whose coefficients are calculated exploiting the statistical moment definition and the distribution is generated by solving a user-defined number of equations based on the desired precision. Finally, probability-generating functions that have been used to predict MWDs require Laplace transforms inversions, introducing numerical issues that must be bypassed and are not always solvable. It has been decided to base the approach without adopting any of these methods but directly solving the rigorous ordinary differential equation (ODE) system in order to reduce the inaccuracies and the limitations introduced by approximations. The direct obtention of the MWD requires the resolution of a system containing approximately 2Nmax up to 3Nmax stiff ODE equations that, a few years ago, was unfeasible due computational time limitations. The MWDs for a free radical styrene polymerization system and a methyl methacrylate system have been modeled. A special focus was given to the termination rate constant, which is, at the present, one of the most investigated topics in free radical polymerization. The results of the simulations were compared to experimental data taken from conventional reactors and, subsequently, to experimental data coming from an unconventional millireactor.

A distribuição de pesos moleculares (DPM) de um polímero afeta as propriedades mecânicas, térmicas e reológicas do material. Além disso, a análise em tempo real de uma reação de polimerização é uma tarefa complicada e, consequentemente, os procedimentos de controle devem ser baseados em valores gerados pelos modelos. Por isso, é extremamente importante ter dados confiáveis sobre distribuições de pesos moleculares, melhorar a eficiência dos métodos existentes e desenvolver novos métodos capazes de prever as heterogeneidades das reações de polimerização. Experimentalmente, a DPM pode ser obtida usando técnicas como a cromatografia de permeação em gel. Para predizer a DPM, vários métodos foram desenvolvidos nas ultimas décadas. Um dos principais é o dos momentos estatísticos, baseado em conceitos puramente estatísticos, que não conseguem descrever completamente a DPM. Além disso, as aproximações com método de Galerkin usam polinômios ortogonais - no caso especifico polinômios de Laguerre - cujos coeficientes são calculados empregando os momentos estatísticos e a distribuição é gerada resolvendo um número de equações definido pelo usuário, relacionado à precisão desejada. Enfim, o método das funções geradoras de probabilidades foi utilizado para prever as DPMs, porém necessitando uma inversão da transformada de Laplace, que introduz problemas numéricos nem sempre possíveis de serem resolvidos. No presente trabalho, o sistema rigoroso de equações diferenciais ordinárias foi resolvido, com objetivo de reduzir as imprecisões e as limitações introduzidas pelas aproximações. Obter diretamente a DPM completa requer a resolução de um sistema contendo cerca de 2Nmax até 3Nmax equações diferenciais ordinárias rígidas, tarefa que há alguns anos era inviável devido a limitações relacionadas à capacidade de cálculo. Foi modelada a DPM para uma reação de polimerização radicalar livre de estireno e de metacrilato de metila. Um interesse especial foi dado à taxa de terminação que é, no momento, um dos temas mais investigados em polimerização por radicais livres. Os resultados das simulações foram comparados com dados experimentais tirados de reatores convencionais e, subsequentemente, com dados experimentais provenientes de um millireactor não convencional. / It is well known that the molecular weight distribution (MWD) of a synthetic polymer affects its mechanical, thermal and rheological properties. Furthermore, the on-line analysis for polymerization reaction is a difficult task and, consequently, the control procedures must rely on values given by models. As such, it is extremely important to have reliable data on the MWD, improve the efficiency of existing methods and develop new ones to predict the heterogeneities of polymerization reactions. Experimentally, the MWD can be obtained using techniques such as Gel Permeation Chromatography (GPC). To predict the MWD, many methods have been developed over the last decades. One of the main methods is the statistical moment treatment, which is based on a pure statistical concept and do not describe the whole MWD. Moreover, Galerkin approximation uses orthogonal polynomials -in general Laguerre polynomials- whose coefficients are calculated exploiting the statistical moment definition and the distribution is generated by solving a user-defined number of equations based on the desired precision. Finally, probability-generating functions that have been used to predict MWDs require Laplace transforms inversions, introducing numerical issues that must be bypassed and are not always solvable. It has been decided to base the approach without adopting any of these methods but directly solving the rigorous ordinary differential equation (ODE) system in order to reduce the inaccuracies and the limitations introduced by approximations. The direct obtention of the MWD requires the resolution of a system containing approximately 2Nmax up to 3Nmax stiff ODE equations that, a few years ago, was unfeasible due computational time limitations. The MWDs for a free radical styrene polymerization system and a methyl methacrylate system have been modeled. A special focus was given to the termination rate constant, which is, at the present, one of the most investigated topics in free radical polymerization. The results of the simulations were compared to experimental data taken from conventional reactors and, subsequently, to experimental data coming from an unconventional millireactor.

This work introduces a time adaptive strategy that uses a refinement estimator based on the geometric indicator of curvature. The developed methodology is suitable for problems of numerical time integration present, for example, in the study of bodies subjected to dynamical loads. The refinement estimator demands low computational resources, being easily applied to several direct integration methods. Trying to interact these methods, an object oriented library that uses the developed scheme of adaptation is built. The main idea of this tool is to incorporate this scheme, in an easy way, in existing computational codes that employ direct integration methods. Examples of dynamic solid bodies are presented, ilustrating the technique and library usage in existing applications. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho introduz uma estratégia de adaptação no tempo que utiliza um estimador de refinamento baseado no indicador geométrico curvatura. A metodologia desenvolvida é aplicada ao problema de integração numérica temporal, presente, por exemplo, no estudo do comportamento de corpos submetidos a cargas dinâmicas. O estimador de refinamento formulado demanda pouco esforço computacional, sendo facilmente aplicado aos diversos métodos de integração direta existentes. Visando a interação com esses métodos, constrói-se uma biblioteca orientada a objetos que incorpora a técnica de adaptação desenvolvida. A idéia principal desta ferramenta é prover, de forma fácil, a técnica de adaptação concebida a códigos computacionais existentes e que fazem uso dos referidos métodos de integração. Apresentam-se exemplos de dinâmica de corpos sólidos que ilustram o potencial de utilização da técnica e o uso da biblioteca em aplicações existentes.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Diogo Folador Rossi.pdf: 4782694 bytes, checksum: c76f1cce52a07536be399c535f2db153 (MD5) Previous issue date: 2013-03-22 / Esse trabalho apresenta o uso de métodos de adaptação automática dos incrementos de tempo utilizados na integração numérica passo-a-passo das análises dinâmicas de sistemas estruturais, no domínio do tempo, em estruturas de um e de múltiplos graus de liberdade. Buscou-se comparar as performances das diferentes estratégias adaptativas estudadas. Inicialmente, foi feita uma revisão dos principais processos adotados na solução numérica das equações de equilíbrio dinâmico de sistemas de um grau de liberdade, se concentrando na família de métodos de Newmark, discutindo seus mais amplos aspectos. Posteriormente foi tratado o problema de estruturas de múltiplos graus de liberdade, descrevendo a formação das matrizes estruturais envolvidas através do conceito do método dos elementos finitos e da análise matricial de estruturas, considerando o amortecimento estrutural do tipo viscoso e proporcional, e generalizando os processos de solução numérica das equações dinâmicas. Em seguida foi descrito o escopo de um programa computacional que aplicasse a teoria desenvolvida em análise de estruturas de pórticos planos, o qual foi construído no ambiente de programação do software Matlab. As estratégias de adaptação do incremento de tempo são analisadas na sequência, escolhendo-se três algoritmos principais a serem abordados na implementação, dentre os vários disponíveis, por se basearem em conceitos distintos uns dos outros. Por fim, são apresentados exemplos numéricos resolvidos, onde se comparam as performances das diferentes estratégias adaptativas e se propõem melhorias e diretrizes de aplicação das mesmas / This work presents methods of automatic adaptive time increment used in numerical step-by-step integration analyses of structural systems, in time domain, for single and multi-degree-of-freedom structures. The main purpose was to compare the different strategies performances. Initially, the major processes formulations adopted in the numerical solution of dynamic equilibrium equations were shown for single-degree-of-freedom systems, focusing on the Newmark family of integration methods, discussing about its various aspects. Later, the problem of multi-degree-of-freedom systems was discussed, by describing the structural matrix formulations, considering viscous and proportional structural damping, and generalizing the numerical solution of dynamic equations. Then, it is described a computational program that apply the developed theory on plane frame structures analysis, which was built in the programing software Matlab. The adaptive strategies of time increment are then analyzed, having three major algorithms been chosen to be addressed in the implementation, among the various others available, because they are based on three different concepts. Finally, several numerical examples are presented, on which the performances of the different adaptive strategies are compared, and improvements and guidelines for application are suggested

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The need for transmission lines expansion (TL) is evident in the face of growing electrical energy demand in Brazil as well as the great distances between generation and consumption centers. It is known that numerous failures can interrupt the energy transmission and the towers collapse is among the main reasons, causing huge losses to both electrical energy companies and final users. Thus, it is crucial to understand the mechanical behavior of these structures, considering the different actions that they can act so that the energy transmission can take place in a safe, efficient and economical way. In this context, this paper deals with the static and dynamic response evaluation of guyed lattice metallic towers of TLs submitted to broken conductor and broken lightning-rod cable. For this purpose, numerical models of isolated tower and completed stretch of TL were developed, including all components, towers, insulator chains, lightning-rod cables, conductor cables and prestressed stay cables. The models are subjected to static analysis through "equivalent static loads" application coming from the broken cable and dynamic analysis, in the time domain, using the method of direct integration of equations of motion explicitly, with central finite differences. The static and dynamic responses are given in terms of nodal displacements at the top and normal stresses in the tower bars. Finally, the results of the dynamic analysis in the time domain are compared with those determined by static analysis, employed in the usual design practice, that is, the peak and final values (after the structure stops vibrating) are compared with the static response values in order to verify the validity of the model used in the design practice. / A necessidade da expansão de linhas de transmissão (LTs) fica evidente diante da crescente demanda por energia elétrica no Brasil, além das grandes distâncias entre a geração e os centros consumidores. Sabe-se que inúmeras falhas podem interromper a transmissão da energia, e o colapso de torres está entre as principais, causando enormes prejuízos, tanto as companhias de energia elétrica quanto aos consumidores finais. Dessa forma, torna-se fundamental o conhecimento do comportamento mecânico destas estruturas, frente às diferentes ações que podem atuar, para que o transporte de energia ocorra de maneira segura, eficiente e econômica. Neste contexto, o presente trabalho trata da avaliação da resposta estática e dinâmica de torres metálicas treliçadas estaiadas de LTs submetidas à ruptura de cabo condutor e de cabo para-raios. Para isso, foram desenvolvidos modelos numéricos de torre isolada e de um trecho completo de LT, incluindo todos componentes, torres, cadeias de isoladores, cabos para-raios, cabos condutores e cabos de estais pré-tensionados. Os modelos são submetidos a análises estáticas, através da aplicação de cargas estáticas equivalentes oriundas da ruptura de cabo, e análises dinâmicas, no domínio do tempo, empregando o método de integração direta das equações do movimento, de forma explícita, com diferenças finitas centrais. As respostas estática e dinâmica são dadas em termos de deslocamentos nodais no topo e esforços normais nas barras da torre. Por fim, os resultados da análise dinâmica no domínio do tempo são comparados com os determinados por meio da análise estática, empregada na prática usual de projeto, ou seja, são comparados os valores de pico e os valores finais (após a estrutura parar de vibrar) com os valores da resposta estática, a fim de verificar a validade do modelo empregado na prática de projeto.