A modelagem matemática de problemas importantes e significativos da engenharia, física e ciências sociais pode ser formulada por um conjunto misto de equações diferenciais e algébricas (EADs). Este conjunto misto de equações deve ser previamente caracterizado quanto a resolubilidade, índice diferencial e condições iniciais, para que seja possível utilizar um código computacional para resolvê-lo numericamente. Sabendo-se que o índice diferencial é o parâmetro mais importante para caracterizar um sistema de EADs, neste trabalho aplica-se a redução de índice através da teoria de grafos, proposta por Pantelides (1988). Este processo de redução de índice é realizado numericamente através do algoritmo DAGRAFO, que transforma um sistema de índice superior para um sistema reduzido de índice 0 ou 1. Após esta etapa é necessário fornecer um conjunto de condições inicias consistentes para iniciar o código numérico de integração, DASSLC. No presente trabalho discute-se três técnicas para a inicialização consistente e integração numérica de sistemas de EADs de índice superior. A primeira técnica trabalha exclusivamente com o sistema reduzido, a segunda com o sistema reduzido e as restrições adicionais que surgem após a redução do índice introduzindo variáveis de restrição, e a terceira técnica trabalha com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição. Após vários testes, conclui-se que a primeira e terceira técnica podem gerar um conjunto solução mesmo quando recebem condições iniciais inconsistentes. Para a primeira técnica, esta característica decorre do fato que no sistema reduzido algumas restrições, muitas vezes com significado físico importante, podem ser perdidas quando as equações algébricas são diferenciadas. Trabalhando com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição, o erro da inicialização é absorvido pelas variáveis de restrição, mascarando a precisão do código numérico. A segunda técnica adotada não tem como absorver os erros da inicialização pelas variáveis de restrição, desta forma, quando as restrições adicionais não são satisfeitas, não é gerada solução alguma. Entretanto, ao aplicar condições iniciais consistentes para todas as técnicas, conclui-se que o sistema reduzido com as derivadas das variáveis restrição é o método mais conveniente, pois apresenta melhor desempenho computacional, inclusive quando a matriz jacobiana do sistema apresenta problema de mau condicionamento, e garante que todas as restrições que compõem o sistema original estejam presentes no sistema reduzido.

A modelagem matemática de problemas importantes e significativos da engenharia, física e ciências sociais pode ser formulada por um conjunto misto de equações diferenciais e algébricas (EADs). Este conjunto misto de equações deve ser previamente caracterizado quanto a resolubilidade, índice diferencial e condições iniciais, para que seja possível utilizar um código computacional para resolvê-lo numericamente. Sabendo-se que o índice diferencial é o parâmetro mais importante para caracterizar um sistema de EADs, neste trabalho aplica-se a redução de índice através da teoria de grafos, proposta por Pantelides (1988). Este processo de redução de índice é realizado numericamente através do algoritmo DAGRAFO, que transforma um sistema de índice superior para um sistema reduzido de índice 0 ou 1. Após esta etapa é necessário fornecer um conjunto de condições inicias consistentes para iniciar o código numérico de integração, DASSLC. No presente trabalho discute-se três técnicas para a inicialização consistente e integração numérica de sistemas de EADs de índice superior. A primeira técnica trabalha exclusivamente com o sistema reduzido, a segunda com o sistema reduzido e as restrições adicionais que surgem após a redução do índice introduzindo variáveis de restrição, e a terceira técnica trabalha com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição. Após vários testes, conclui-se que a primeira e terceira técnica podem gerar um conjunto solução mesmo quando recebem condições iniciais inconsistentes. Para a primeira técnica, esta característica decorre do fato que no sistema reduzido algumas restrições, muitas vezes com significado físico importante, podem ser perdidas quando as equações algébricas são diferenciadas. Trabalhando com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição, o erro da inicialização é absorvido pelas variáveis de restrição, mascarando a precisão do código numérico. A segunda técnica adotada não tem como absorver os erros da inicialização pelas variáveis de restrição, desta forma, quando as restrições adicionais não são satisfeitas, não é gerada solução alguma. Entretanto, ao aplicar condições iniciais consistentes para todas as técnicas, conclui-se que o sistema reduzido com as derivadas das variáveis restrição é o método mais conveniente, pois apresenta melhor desempenho computacional, inclusive quando a matriz jacobiana do sistema apresenta problema de mau condicionamento, e garante que todas as restrições que compõem o sistema original estejam presentes no sistema reduzido.

A modelagem matemática de problemas importantes e significativos da engenharia, física e ciências sociais pode ser formulada por um conjunto misto de equações diferenciais e algébricas (EADs). Este conjunto misto de equações deve ser previamente caracterizado quanto a resolubilidade, índice diferencial e condições iniciais, para que seja possível utilizar um código computacional para resolvê-lo numericamente. Sabendo-se que o índice diferencial é o parâmetro mais importante para caracterizar um sistema de EADs, neste trabalho aplica-se a redução de índice através da teoria de grafos, proposta por Pantelides (1988). Este processo de redução de índice é realizado numericamente através do algoritmo DAGRAFO, que transforma um sistema de índice superior para um sistema reduzido de índice 0 ou 1. Após esta etapa é necessário fornecer um conjunto de condições inicias consistentes para iniciar o código numérico de integração, DASSLC. No presente trabalho discute-se três técnicas para a inicialização consistente e integração numérica de sistemas de EADs de índice superior. A primeira técnica trabalha exclusivamente com o sistema reduzido, a segunda com o sistema reduzido e as restrições adicionais que surgem após a redução do índice introduzindo variáveis de restrição, e a terceira técnica trabalha com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição. Após vários testes, conclui-se que a primeira e terceira técnica podem gerar um conjunto solução mesmo quando recebem condições iniciais inconsistentes. Para a primeira técnica, esta característica decorre do fato que no sistema reduzido algumas restrições, muitas vezes com significado físico importante, podem ser perdidas quando as equações algébricas são diferenciadas. Trabalhando com o sistema reduzido e as derivadas das variáveis de restrição, o erro da inicialização é absorvido pelas variáveis de restrição, mascarando a precisão do código numérico. A segunda técnica adotada não tem como absorver os erros da inicialização pelas variáveis de restrição, desta forma, quando as restrições adicionais não são satisfeitas, não é gerada solução alguma. Entretanto, ao aplicar condições iniciais consistentes para todas as técnicas, conclui-se que o sistema reduzido com as derivadas das variáveis restrição é o método mais conveniente, pois apresenta melhor desempenho computacional, inclusive quando a matriz jacobiana do sistema apresenta problema de mau condicionamento, e garante que todas as restrições que compõem o sistema original estejam presentes no sistema reduzido.

Orientador: Loir Afonso Moreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paschoalini_AmarildoTabone_M.pdf: 45342195 bytes, checksum: f7de9b3d233ba2a85887ce0fe5967b08 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Em 1970, Ahmad apresentou uma formulação, para análise de placas e cascas, baseada na degeneração de um elemento tridimensional, através da redução de sua dimensão na direção da espessura. O campo de deslocamento era, então, interpolado a partir das funções de forma da família Serendipity e, para a obtenção das características do elemento, utilizava-se integração numérica consistente. Os resultados obtidos por esse elemento foram excelentes para situações de placas e cascas moderadamente grossas, atendendo, portanto, à teoria de Mindlin-Reissner; contudo, com a redução da espessura, o elemento tomava-se, excessivamente, rígido e os resultados não tendiam, como era de se esperar, àqueles da teoria clássica de Kirchhoff para placas e cascas finas. O objetivo deste trabalho é o estudo comparativo, na análise dinâmica de placas e cascas, entre o desempenho, utilizando-se integração numérica consistente, do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático, da família Serendipity e do elemento finito isoparamétrico, quadrilateral, quadrático, da família Lagrangeana, obtidos, ambos, a partir da formulação de Ahmad; pretende-se estabelecer, dentre os dois elementos, qual é o mais adequado para iniciar o desenvolvimento de um elemento finito subparamétrico do tipo hierárquico, baseado no conceito da aproximação p, visando retirar a característica de rigidez excessiva do elemento de Ahmad, para situações de placas e cascas finas / Abstract: In 1970, Ahmad presented a fonnulation for the analysis of plates and shells, based on the degeneration of three-dimensional solid element, by reducing its dimension in the thickness direction. The displacement field was then interpolated through the shape functions of Serendipity family and, in order to achieve the element characteristics, consistent numerical integration was used. The obtained results were excellent for moderately thick plates and shells applications, being in accordance with the Mindlin-Reissner's theory; however, with the reduction ofthe thickness, the element became excessively rigid and the results did not tend to those of the KirchhofJ's theory for thin plates and shells. The purpose of this work is the comparative study in the dynamic analysis of plates and shells conceming the perfonnance, considering consistent numerical integration, of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Serendipity family and of the isoparametric, quadrilateral, quadratic finite element of Lagrangean family, achieved, both, from the Ahmad's fonnulation; one intends to establish, between both elements, which is the most adequate to start the development of a subparametric hierarchical element, based on the p approximation concept, objectifying to remove the characteristic of excessive rigidity of the Ahmad's element for the situations of thin plates and shells / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Loir Afonso Moreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T21:31:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paschoalini_AmarildoTabone_D.pdf: 8353999 bytes, checksum: bfeebd1be75d31e7d86303a81f912b57 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Este trabalho apresenta um elemento subparamétrico hierárquico baseado na versão p do método dos elementos finitos para a análise de placas e cascas. O primeiro nível de aproximação da solução é obtido através do elemento finito quadrilateral quadrático de nove nós da família Lagrangeana, baseado na degeneração de um elemento sólido tridimensional e na formulação de Reissner-Mindlin, com integração numérica consistente. Para outros níveis de aproximação, sucessivos refinamentos hierárquicos são usados, objetivando remover a caracteristica de rigidez excessiva do elemento na análise de placas e cascas finas. Tal formulação é aplicada na análise estática e dinâmica de placas e cascas (finas e moderadamente grossas). Exemplos numéricos são apresentados para mostrar a precisão, eficiência e vantagens da presente formulação. Os resultados numéricos obtidos nos exemplos de aplicação são comparados com soluções analíticas e outras técnicas numéricas, disponíveis na literatura / Abstract: This research presents a subparametric hierarchical finite element based on the p-version concept for the analysis of plates and shells. The first level of approximation for the solution is obtained through the isoparametric quadrilateral quadratic nine-no de Lagrangean shell finite element, based on the degeneration of three-dimensional solid element and the Reissner-Mindlin's formulation, with consistent numerical integration. For other approximation levels, successive hierarchical refinements are used, aiming to remove the characteristic of excessive rigidity of the isoparametric element in the analysis ofthin plates and shells. Such formulation is applied to static and dynamic analysis of plates and shells (thin and moderately thick). Numerical examples are presented to show the accuracy, efficiency and advantages of present formulation. Numerical results obtained for the application examples are compared with analytical solutions and other numerical techniques, available in the open literature / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Submitted by Israel Vieira Neto (israel.vieiraneto@ufpe.br) on 2015-03-04T12:50:51Z No. of bitstreams: 2 Ensaios sobre heteroscedasticidade em modelos de EF (Tese de Doutorado).pdf: 673376 bytes, checksum: 7c86e8749910ad5db783505cfe934b2f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T12:50:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Ensaios sobre heteroscedasticidade em modelos de EF (Tese de Doutorado).pdf: 673376 bytes, checksum: 7c86e8749910ad5db783505cfe934b2f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012-12-21 / Esta tese é composta de quatro ensaios que estendem e avaliam o desempenho de uma classe de estimadores consistentes da matriz de covariâncias nos modelos de efeitos fixos. No primeiro ensaio as simulações evidenciam que o estimador proposto por Arellano (1987) pode não ser a melhor opção quando o teste é conduzido com resíduos irrestritos. Os resultados mostram que há uma considerável vantagem em utilizar o estimador CHC4 quando o tamanho amostral é pequeno ou se existem pontos de alavanca nos dados. Por outro lado, quando a avaliação é conduzida com resíduos restritos, os resultados favorecem o estimador CHCR0. Estimadores de bootstrap também são avaliados e produzem, em alguns casos, resultados melhores que os estimadores consistentes. O segundo ensaio avalia o desempenho dos estimadores consistentes da matriz de covariâncias, na construção de intervalos de confiança. Os resultados mostram que o estimador CHC4 tem desempenho superior aos demais estimadores consistentes, principalmente se os dados contêm pontos de alavanca. O terceiro ensaio avalia numericamente a qualidade da aproximação usual para a distribuição exata dos testes quase-t. Os resultados mostram que, se a estatística de teste é construída com resíduos irrestritos, o estimador mais amplamente utilizado conduz a testes quase-t com aproximações bastante ruins sendo o CHC4 a estratégia de inferência preferencial. Por outro lado, se a estatística de teste é construída com resíduos restritos, o estimador de Arellano torna-se a opção mais adequada. O quarto e último ensaio mostra que a inferência sobre os parâmetros do modelo de Diferenças em Diferenças (DD) pode ser imprecisa quando os problemas de heteroscedasticidade e/ou autocorrelação serial nos erros são ignorados. O desempenho dos testes baseados no estimador de Arellano e de outros estimadores consistentes nos modelos de DD é avaliado na presença de ambos. Os resultados mostram que, num modelo que contém apenas a dummy de intervenção, o desempenho dos testes baseados nos nesses estimadores é similar. No entanto, é possível melhorar a qualidade da inferência se o modelo de regressão possui variáveis de controle adicionais com pontos alavancados.

Orientadores: Leandro Palermo Jr, Euclides de Mesquita Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T20:48:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Foltran_CarlosEduardo_D.pdf: 1865758 bytes, checksum: 33429f7a36249d829d2630354751247b (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Apresenta-se, neste trabalho, um resumo da elasticidade plana, da teoria de Kirchhoff de flexão de placas e de alguns modelos de plasticidade. Em seguida desenvolvem-se as equações integrais do problema de flexão de placas e de estados planos de tensão com plastificação, com suas respectivas implementações no Método dos Elementos de Contorno (MEC). Discute-se a formulação de alguns algoritmos de integração no tempo e suas respectivas implementações no MEC. A seguir apresenta-se uma forma de se combinar os problemas planos de flexão de placa e estado plano de tensão, por meio da técnica de sub-regiões, possibilitando a análise de peças de paredes finas. São discutidas formas de se considerar o efeito de plastificação e a inércia da peça durante a análise. São apresentados exemplos em regime elástico e elasto-plástico, em equilíbrio estático e dinâmico / Abstract: This work opens with a short summary of the formulations for analysis of plane elasticity, plate bending according to the theory due to Kirchhoff and some models of plasticity. The integral equations of plate bending and plane elasto-plastic problems are developed and its implementation on Boundary Element Method is discussed (BEM). Some time-step integrators for dynamic analysis are presented and they are combined with the BEM. An algorithm, based on sub-region technique, for analysis of thin-walled structures is presented and the consideration of inertia and plastic effects are discussed. Some examples of structures on elastic and elasto-plastic regimen, under static and dynamic equilibrium, are presented. / Doutorado / Mecanica dos Solidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Neste trabalho aprimorou-se um método para aproximar soluções de uma classe de equações diferenciais algébricas (DAEs), conhecida como sistemas semi-implícitos quadrados. O método, chamado aqui de MII, fundamenta-se na teoria geométrica de desacoplamento para sistemas não lineares, aliada a técnicas eficientes de análise numérica. Ele usa uma estratégia mista com cálculos simbólicos e numéricos para construir um sistema explícito, cujas soluções convergem exponencialmente para as soluções do sistema implícito original. Duas versões do método são apresentadas. Com a primeira, chamada de MIIcond, procura-se obter matrizes numericamente estáveis, através de balanceamentos. E a segunda, MIIproj, aproveita uma interpretação geométrica para o campo vetorial obtido. As implementações foram desenvolvidas em Matlab/simulink com o pacote de computação simbólica. Através dos benchmarks, realizando inclusive comparações com outros métodos atualmente disponíveis, constatou-se que o MIIcond foi inviável em alguns casos, devido ao tempo de processamento muito extenso. Por outro lado, o MIIproj mostrou-se uma boa alternativa para esta classe de problemas, em especial para sistemas de alto índex. / This work improves a method to approximate solutions for a class of differential algebraic equations (DAEs), known as systems semi-implicit square. The method, called here MII, is based on geometric theory of decoupling for nonlinear systems combined with efficient techniques numerical analysis. It uses an algorithum that mixes symbolic and numerical calculations to build an explicit system, whose solutions converge exponentially to solutions of the original implicit system. Two versions of the method are given. The first one is called MIIcond, trying to obtain numerically stable matrices through balancing. The second one is the MIIproj, taking advantage of a geometricinterpretation of the vector field there obtained. The implementations were developed in Matlab/Simulink with the symbolic toolbox. Through benchmarks, including performing comparisons with other methods currently available, it was found that the MIIcond was not feasible in some cases, due to processing time too long. On the other hand, the MIIproj presented itself as good alternative to this class of problems, especially for systems of high index.

Carregamentos transientes termo hidráulicos do tipo Steam Hammer são eventos comuns em sistemas de tubulações de vapor com grandes potenciais de catástrofes em plantas de geração de energia. Uma vez iniciado o evento, ondas de pressões são geradas com amplitudes, geralmente, de grande magnitude ocasionando altas pressões no sistema, ruídos, deformações, fadiga, com possibilidade de danos materiais e econômicos e em casos extremos fatalidades. Os procedimentos da indústria para análise deste tipo de sistema consistem realização de análises estáticas equivalentes ou análise de espectro de resposta com carregamentos caracterizados por meio de métodos analíticos baseados em hipóteses simplificadoras do fluido e fluxo. Neste trabalho é proposta a analise de sistema de tubulações por meio do método de integração numérica com superposição modal e carregamento caracterizado por método numérico com base no método das características. Comparações foram efetuadas entre os resultados obtidos pela metodologia proposta e os procedimentos da indústria, demonstrando que, dado ao alto grau de conservadorismo, os procedimentos da indústria acarretam em superdimensionamento de estruturas e tubulações ocasionando custos adicionais de projeto, sendo a otimização do projeto obtida aplicando-se a metodologia proposta no trabalho. / Steam Hammer is a common transient thermo hydraulic event in steam piping systems with potential to cause serious damages in power generation plants. It generates pressure waves, generally of great amplitude and magnitude, causing high pressures in the system, associated with noise, with possible material and economic damages and, in extreme case, even fatalities. Industry procedures for analysis of these events consists of performing equivalent static analysis, or response spectrum analysis, with transient loadings calculated by analytical methods based on assumptions of fluid and flow. This paper proposes a new methodology for the piping system analysis by the numerical integration method with modal superposition and transient loadings calculated by a numerical method based on the method of characteristics. Comparisons were made between the results obtained by the proposed methodology and the stablished industry procedures, confirming that, due to the high degree of conservatism, industry procedures can lead to additional cost to the design, with the optimization of the design being obtained by applying the methodology proposed in this paper.

Este trabalho apresenta e desenvolve uma metodologia empírica para modelar e obter as funções de derivadas instantâneas para sistemas dinâmicos não-lineares, utilizando integradores numéricos neurais de múltiplos passos do tipo Adams-Bashforth. A modelagem empírica consiste em utilizar as estruturas de integradores numéricos consideradas, tanto para gerar os valores de entrada/saída de treinamento da rede neural, durante a própria fase de treinamento, como também, na fase de simulação, acopladas sempre a uma rede feedforward. As estruturas dos integradores são utilizadas para fornecer uma solução discreta para sistemas de equações diferenciais ordinárias, enquanto a rede neural apenas precisa obter e aprender empiricamente as funções de derivadas instantâneas. Esta abordagem permite introduzir um treinamento supervisionado off-line que não necessita trabalhar excessivamente com funções compostas, e assim evitar significativamente o uso da regra da cadeia. Desta forma, esta metodologia original e alternativa lida com problemas não-lineares mais complexos apenas utilizando combinações lineares do algoritmo backpropagation, aqui estendido. A modelagem computacional empírica para as funções de derivadas médias usando apenas o integrador de primeira ordem do tipo Euler é também implementada. Ambos desenvolvimentos considerados são aplicados e testados em sistemas dinâmicos não-lineares autônomos, sobre dois exemplos distintos, um pêndulo simples não-linear e outro modelo abstrato envolvendo controle.