Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:47:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cecilio_DiogoLira_D.pdf: 15685431 bytes, checksum: 55d69e06f21da53c6ad09132dfbf4337 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: No presente trabalho é construído um código eficiente para a simulação do comportamento mecânico de um poço de petróleo na fase de perfuração, com base na discretização de um modelo matemático geral para pequenas deformações elastoplásticas pelo método de Elementos Finitos. A metodologia de cálculo elastoplástico conhecida por projeção sobre o ponto mais próximo da superfície plástica é aplicada ao modelo de Sandler-DiMaggio, o que permite abordar o problema elastoplástico de modelos complexos de forma mais simples e eficiente. Os resultados da resposta material são comparados aos apresentados no artigo original sobre esse modelo. Uma análise de estabilidade de poço utilizando o método dos elementos finitos, juntamente com o modelo elastoplástico proposto, é realizada posteriormente. O comportamento plástico na região em torno do poço é obtido por uma transferência gradual do estado de tensão na parede do mesmo. Para aprimorar a precisão da simulação elastoplástica de Elementos Finitos, aplica-se refinamento e aumento da ordem polinomial aos elementos localizados na região de plastificação. Utiliza-se o segundo invariante do tensor de deformação plástico deviatórico como critério para indicar o colapso do material. Simulações adaptativas requerem a comunicação de informação de uma malha para outra. Sendo assim, um procedimento específico de transferência do histórico de deformação elastoplástica foi criado. A matriz tangente referente ao cálculo da variação da tensão em função da variação da deformação é calculada consistentemente. O modelo numérico elastoplástico é implementado em um contexto de programação orientada a objetos. Ele é aplicado em uma configuração típica de um reservatório carbonático. Observa-se que a mudança de geometria do poço devido ao breakout gera um aumento na magnitude da defomação plástica em uma área progressivamente menor / Abstract: In this work an efficient code for the simulation of the mechanical behavior of an oil well during the drilling phase is constructed. It is based on the discretization of a general mathematical elastoplastic model for small deformations using the Finite Element method. The methodology of the elastoplastic calculation, known as the closest point projection, is applied to the Sandler-DiMaggio modal, which enables addressing the elastoplastic problem of complex models more easily and efficiently. The results of the response is compared to the material presented in the original article about this model. A stability analysis of a well using the Finite Element method with the proposed elastoplastic constitutive modal is then performed. The plastic behaviour in the area around the wellbore is obtained by a gradual transfer of stress state to it. To improve the accuracy of the elastoplastic Finite Element simulation, adaptive refinement and increasing the polynomial order are applied to elements located in the plastification area. The second invariant of the plastic deviatoric strain tensor is used as a damage criterion to indicate the failure of the material. Adaptive simulations require the comunication of information from a mesh to another one. Therefore, a specific transfer procedure for elastoplastic deformation history is created. The tangent matrix related to the stress variation with respect to the strain variation is ??calculated consistently. The elastoplastic numerical model is implemented in the context of object-oriented programming. It is applied to a typical configuration of a carbonate reservoir. It is observed that the change in geometry due to the well breakout generates an increase in the magnitude of plastic defomação in a progressively smaller area / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Paulo Roberto Gardel Kurka / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T16:15:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GonzalezRamos_Paola_M.pdf: 2350436 bytes, checksum: 0bb7c5bf390b9cfd31a3794e71412581 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O uso de manipuladores longos e flexíveis em veículos de exploração autônoma, ao contrário dos braços curtos e rígidos, pode ser uma forma de obter dados de um ambiente específico de longo alcance, como encostas de terreno e penhascos. A desvantagem de se utilizar uma estrutura flexível é a dificuldade de controlar os seus movimentos de vibração durante a operação. Este trabalho, portanto, tem como objetivo principal projetar um controle de vibração ativa para uma viga flexível longa, deformável pela ação de um cabo fixado em sua extremidade. O controle pretende minimizar os movimentos oscilatórios da ponta da viga decorrentes de perturbações externas. A projeção do controle baseia-se no modelo matemático em tempo continua da viga, realizado pelo método de elementos finitos. A estratégia de controle é calculada com um modelo reduzido do sistema, no qual estão contidos os modos dominantes do mesmo. Mostra-se que uma resposta desejada de controle é obtida aplicando-se o método de alocação de pólos / Abstract: The use of long manipulators in autonomous exploration vehicles, as opposed to short and rigid arms, may be an attractive way to collect data in specific long range environments such as terrain slopes and cliff sides. The drawback of employing such a flexible structure is the fact that its vibrations cannot be easily controlled in real time operation. This work has the principal objective to project an active vibration control of a long flexible beam which is deformed by action of a pulling cable, fixed to its extremity. The control aims to minimize the oscillatory movements of the bean's tip caused by external disturbances. The control strategy is based on the continuous time mathematical model of the beam, using the finite element method. The control strategy is calculated in a reduced model system which contains the dominant modes of the same. It is shown that an adequate control response is obtained using the method of allocation of poles / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2018-08-22T20:48:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vicente_WilliamMartins_D.pdf: 79180806 bytes, checksum: 1553daff444811ee8e5402de56ca53bd (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A aplicação de otimização estrutural a sistemas multifísicos fluido-estrutura vem recebendo grande interesse da comunidade científica nos últimos anos. Entretanto, a abordagem evolucionária dos métodos de otimização ainda não foi explorada para essa classe de problemas. O presente trabalho dedica-se à proposição, implementação e validação de um método de otimização topológica evolucionária para sistemas elasto-acústicos. Neste trabalho, a análise por elementos finitos dos sistemas propostos é feita utilizando a formulação mista us - pf, na qual o domínio estrutural é governado pela equação linear da elasticidade e descrito em termos do deslocamento, us, e o domínio fluido é caracterizado pela equação de Helmholtz através da variável primária de pressão, pf. O método BEFSO (BEFSO - Bi-directional Evolutionary Fluid-structural Optimization) aqui proposto segue a sistemática dos métodos evolucionários nos quais a retirada/adição de material no sistema ocorre de forma discreta, ou seja, a densidade do material, que é a variável de projeto, assume os valores 1 ou 0 para elementos sólidos ou vazios, respectivamente. Como parte da metodologia proposta é desenvolvido um procedimento para a retirada/adição de material sólido no sistema de forma a manter a interface entre os domínios definida durante todo o processo otimização. São apresentados exemplos de otimização para sistemas elasto-acústicos 2D e 3D os quais permitem comprovar a eficiência dos procedimentos de otimização desenvolvidos e implementados nesse trabalho, assim como a viabilidade para solução de problemas de engenharia / Abstract: The application of structural optimization to fluid-structure multiphysics systems has gotten huge attention of the researches in the last years. However, the evolutionary approach of the optimization methods has not been investigated in this class of problems. The present work aims to propose, implement, and validate an evolutionary topology optimization for elasto-acoustic systems. In this work, a finite element analysis of the proposed systems is carried out using the us - pf mixed formulation. The structural domain is governed by the linear equation of elasticity and described in terms of the displacements, us, and the fluid domain is featured by the Helmholtz equation via the primary variable of pressure, pf . The BEFSO (Bi-directional Evolutionary Fluid-structural Optimization) method, here proposed, follows the procedure of the evolutionary methods in which the material removal/addition in the system occurs in the discrete way. It means that the material density, the variable project, can be 1 or 0 for solid or void elements, respectively. As part of the proposed methodology, it is developed a procedure to remove/add solid materials in the system in order to keep the interface between the domains well defined during the optimization process. Examples of optimization for 2D and 3D elasto-acoustic systems are presented, through which can be verified the efficiency of the optimization procedure developed and implemented in this work, as well the feasibility for engineering problems solution / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Alberto Luiz Serpa, Marco Lúcio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T23:15:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dias_AllanPatrickCordeiro_M.pdf: 5620368 bytes, checksum: a856aa1d97161e81d35fc5c6fd68d91a (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: No presente trabalho, apresenta-se um elemento de contato com alta ordem de interpolação, construído a partir do método mortar de decomposição de domínios discretizados. O alvo de estudo é a verificação da acurácia da solução com o aumento da ordem de interpolação do elemento em problemas bidimensionais de contato com grandes deformações, atrito sem considerar efeitos termomecânicos. São apresentadas soluções para alguns problemas clássicos da literatura de contato. Os resultados obtidos, de uma forma geral, tanto para pequenas como para grandes deformações, mostram que a alta ordem de interpolação pode ser considerada uma interessante estratégia para ganho de precisão na solução deste tipo de problemas, quando o foco em análise é o estudo das tensões e esforços gerados pelo contato / Abstract: This work presents a high-order mortar finite element for frictional contact problems considering finite deformations without thermomechanics effects. The aim of this work is to increase the accuracy of the solution in the contact region with the application of p-FEM high-order method. The results for both small and large strains shows that the high order interpolations can be considered an interesting strategy in this kind of problems, when the analysis is focused on the study of stresses and reactions generated by contact / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T04:16:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChoquehuancaCondori_MiriamPatricia_M.pdf: 4529351 bytes, checksum: a025230362e01b26a4c17a7775ab9818 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar a teoria atual e estudar o comportamento dinâmico de reservatórios cilíndricos de concreto armado, apoiados no solo, para armazenagem de líquidos e submetido a ações sísmicas, baseado nas normas vigentes nos EUA (ACI 350), Europa (EUROCODE 8), Peru (NTE 030) e Brasil (NBR 15421). São utilizados diferentes tipos de análises a fim de verificar, através da comparação de resultados, se as normas e recomendações disponíveis hoje em dia são equivalentes e adequadas para a realidade brasileira. Entre os modelos para a análise hidrodinâmica temos os modelos de Malhortra, Haroun, Newmark & Rosemblueth e o modelo mecânico de G. W. Housner, sendo este último o procedimento para projetos sísmicos mais comuns para reservatórios rígidos onde a pressão hidrodinâmica do líquido é considerada dividida em duas partes: uma pressão impulsiva (impacto do líquido) e outra parte convectiva (oscilação do líquido). No Brasil não existe uma norma especifica para o projeto de reservatórios de concreto armado. A utilização da NBR 15421 "Estruturas Resistentes a Sismo-Procedimento," poderia ser insuficiente para o projeto, e possivelmente ao complementá-la com as normas sugeridas neste trabalho (ACI 350 e EUROCODE 08) há a possibilidade de encontrar contradições, ou, bem, diferenças significativas nos resultados. É apresentado o procedimento de projeto sísmico por meio de um caso pratico, além dos modelos numéricos tridimensionais com a ajuda do programa SAP2000. Considerando as propriedades elásticas e geométricas do material, a geometria do reservatório de armazenagem e o espectro de resposta da análise modal, são avaliados a força cortante e o momento na base e altura máxima de onda, através da ACI 350.3-06, EUROCODE 08, NTE 030 e NBR 15421. É ainda apresentada a comparação dos procedimentos propostos pelas quatro normas, e a influencia que cada uma delas representa neste tipo de análise. As normas americanas e européias são consideradas por serem duas referências importantes na análise dinâmica de reservatórios de concreto / Abstract: The purpose of this work will be to present the current theory and study the dynamic behavior of a reinforced concrete tank, with cylindrical form, supported in the floor, for the storage of liquid, based on the current codes in the USA (ACI 350), EUROPA (EUROCODE 8), Peru (NTE 030) and Brazil (NBR 15421), using different analysis types in order to verify by comparing results, if the codes and recommendations today are equivalent and appropriate for the Brazil reality. For the hydrodynamic analysis may mention the Malhortra, Haroun, Newmark & Rosemblueth models and the mechanic model proposed by G. W. Housner, the latter being the most common procedure for rigid tank where the hydrodynamic pressure of the liquid is considered into two parts: a impulse pressure (impulse of the liquid) and a convective pressure (oscillation of the liquid). In Brazil there is no specific code for the design of reinforced concrete tanks. The use the code of Brazil: NBR 15421 Estruturas Resistentes a Sismo - Procedimento" could be insufficient for the project, and possibly complementing with the suggested codes in this work (ACI 350 and EUROCODE 08 codes), there are some possibilities to find contradictions, or, significant differences in the results. It presents the seismic design procedure through a practical case, besides presenting three-dimensional numerical models with the help of the SAP2000 program, considering the geometric and elastic properties of the material, the geometry of the storage tank and the spectral modal dynamic analysis. Are evaluated the sheer force, moment at the base and maximum wave height, by ACI 350.3-06, EUROCODE 08, NTE 030 and NBR 15421. It will be presented the comparison of the procedures proposed by codes and the influence of each one of them presents in this analysis type. The American and European code are considered because they are an important reference in the dynamic analysis of concrete tanks / Mestrado / Estruturas / Mestra em Engenharia Civil

Orientador: José Maria Campos dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T14:00:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ferreira_AndersonHenriqueRodrigues_M.pdf: 13469668 bytes, checksum: 25f9c2a03e6a62e5d1a871b78053c4b1 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise dos problemas físicos associados ao projeto de um sensor inercial giroscópio baseado na tecnologia MEMS (micro-electro-mechanical-system). O dispositivo oferece uma resposta elétrica na forma de uma variação da capacitância devido à força de Coriolis e como consequência obtém-se uma medida da velocidade angular de um sistema. Uma formulação analítica da dinâmica eletromecânica de um giroscópio com dois graus de liberdade é revista e implementada em um programa MATLAB/Simulink (R2011a) ®, onde são obtidas as respostas em deslocamento nos domínios do tempo e da frequência. Para melhorar a capacidade do projeto de sensores inerciais, uma abordagem da análise eletromecânica do giroscópio usando o Método dos Elementos Finitos (MEF) do programa comercial ANSYS 12.0® é apresentada. Neste contexto, dois projetos de giroscópios MEMS encontrados na literatura (giroscópio de ACAR e de NGUYEN) são analisados. Análises estática, modal e harmônica são realizadas e os resultados comparados com aqueles obtidos com os modelos analíticos. A resposta harmônica para o modelo eletromecânico completo de MEF não foi realizada devido à dificuldade de simular análises harmônicas incluindo os elementos de Atuação e Detecção simultaneamente. Para superar este problema o elemento Detector foi substituído por um elemento de mola. Os resultados obtidos no giroscópio de NGUYEN apresentaram boa concordância entre os modelos. Contudo, os resultados com o giroscópio de ACAR apresentaram erros significativos entre os modelos, os quais são oriundos da geometria usada no modelo de MEF que se mostrou flexível em regiões que deveriam ser rígidas. Uma análise estática de diferentes tipos de suspensão elástica para giroscópios MEMS é apresentada no Apêndice B / Abstract: This paper presents an analysis of the physical problems associated with the design of a gyroscope inertial sensor based on MEMS technology (MicroEletroMechanical System). The device gives a response in the form of an electrical capacitance change due to the Coriolis force and as a result obtains a measure of the angular velocity of a system. Analytical formulation of the electromechanical dynamics of a gyroscope with two degrees of freedom is reviewed and implemented in a MATLAB/Simulink (R2011a) ® code, where the displacement responses are obtained in time and frequency domains. To improve the capacity of the inertial sensors design, another electromechanical gyroscope analysis approach using the Finite Element Method (FEM) of commercial software ANSYS ® 12.0 is presented. In this context, two designs of MEMS gyroscopes from the literature (NGUYEN's and ACAR's gyroscopes) are analyzed. Static, modal and harmonic analysis are performed and the results compared with those obtained with the analytical models. The harmonic response for the complete electromechanical model of MEF was not performed due to the inability to run harmonic analysis including Actuator and Detector elements simultaneously. To overcome this difficulty, the Detector element was replaced by a spring element. The results obtained with NGUYEN's gyroscope showed good agreement between the models. However, the results with the ACAR's gyroscope showed significant errors between the models, which are derived from the geometry used in the FEM model, that was flexible to regions that should be rigid. A static analysis of different types of elastic suspension for MEMS gyroscopes are shown in Appendix B / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia, Maria Aparecida Larosa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T16:17:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Su_WiliamTean_M.pdf: 6069585 bytes, checksum: 37502918a2190ac353153a8e20d78e0c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Atualmente, o mercado automotivo tem buscado cada vez mais a redução de peso e aumento de resistência mecânica de seus componentes. Dentro deste contexto, este trabalho tem como objetivo verificar se uma biela automotiva feita da liga de titânio Ti-6Al-4V obtida pelo processo de manufatura aditiva chamado Sinterização Direta de Metais por Laser (DMLS) apresenta os mesmos resultados estruturais que uma biela de Ti-6Al-4V laminada e recozida (comercial) ou que uma biela feita de aço C70, bastante utilizada no mercado. A liga Ti-6Al-4V é utilizada principalmente nas áreas aeronáutica e biomédica, mas também possui aplicações na indústria automotiva, principalmente no segmento de alta performance, graças a fatores como boa resistência mecânica, excelente resistência à corrosão e baixa densidade. As características mecânicas e microestruturais de amostras da liga Ti-6Al-4V prototipada por DMLS e de amostras da liga Ti-6Al-4V laminada e recozida foram avaliadas e comparadas através de ensaios de tração e microdureza, de análises em microscópio óptico e eletrônico de varredura (para a verificação da microestrutura e da porosidade), de ensaios de difração de raios-X (DRX) (para a análise das fases presentes no material), da análise da composição química por espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e da análise de densidade pelo princípio de Arquimedes. Bielas de Ti-6Al-4V também foram produzidas por DMLS e ensaios de tração experimentais foram realizados, simulando uma condição de contorno típica utilizada em desenvolvimentos de bielas pela indústria automotiva. Com base nos resultados experimentais, foram realizadas análises de elementos finitos utilizando a mesma condição de contorno dos ensaios, com o intuito de se obter uma correlação entre os resultados experimentais e os virtuais. De uma maneira geral, todos os resultados indicam que a biela de Ti-6Al-4V produzida pelo processo DMLS possui um comportamento estrutural similar à biela de Ti-6Al-4V laminada e recozida / Abstract: Nowadays, the automotive market has been looking for more and more lightweight and better strength components. In this context, the objective of this work is to verify if a connecting rod made of the titanium alloy Ti-6Al-4V produced by an additive manufacturing process named Direct Metal Laser Sintering (DMLS) would have equivalent structural results of a connecting rod made of rolled annealed Ti-6AL-4V or even the C70 steel (widely used on the market for this application). This Titanium alloy is primary used in aerospace and biomedical areas, but is also used in the automotive industry, especially on the high performance segment, due to factors like good mechanical strength, excellent corrosion resistance and low density. The mechanical and microstrutural properties of Ti-6Al-4V samples obtained by DMLS and rolling and annealing processes were compared through the realization of tensile and micro hardness tests and through the microstructural characterization, composed of scanning electron microscopy (microstructure verification), optical microscopy (porosity verification), X-ray diffraction analysis for phases quantification, energy dispersive spectroscopy (chemical composition verification) and density analysis using the Arquimedes principle. Ti-6Al-4V connecting rods were also produced by the DMLS process and tensile experimental tests were performed using the same boundary condition as commonly seen on connecting rod development at automotive industry. Based on the experimental results, finite element analyses were performed in order to correlate the experimental and the virtual results. Generally, all the results indicate that the Ti-6Al-4V connecting rod produced by DMLS process has a structural behavior similar to the Ti-6Al-4V connecting rod produced by rolling and annealing process / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Isaias Vizotto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-23T22:41:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sabino_EderMuriloParizzoto_M.pdf: 7896923 bytes, checksum: 2e32d4c45ba75ad01db9a7b23cb8cb93 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Esse trabalho foi inspirado principalmente em obras projetadas por Heinz Isler e Félix Candela, e apresenta uma contribuição ao pré-processamento e geração computacional de cascas otimizadas de formas livres e cascas de formas analíticas. São abordados dois modelos de concepção de estruturas para cobertura: as cascas de formas livres, geradas a partir da simulação computacional de modelos físicos experimentais em que as superfícies médias não podem ser descritas por meio de funções matemáticas; e as definidas por formas analíticas ou geométricas, em que as superfícies médias podem ser determinadas por funções analíticas através de modelos de geração por processos de translação ou revolução. O objetivo principal é a concepção de estruturas em cascas em concreto por meio de modelo computacional de geração otimizada de formas com a aplicação do Método dos Elementos Finitos e técnicas de programação matemática, com a proposição de metodologias computacionais de pré-processamento para geração da malha inicial de elementos finitos e a posterior obtenção de estruturas em cascas de formas livres e analíticas. São propostos modelos para geração de malhas de estruturas em cascas de formas livres com projeções poligonais regulares e quadriláteras com arestas retas e/ou parabólicas. As malhas planas que constituem membranas finas e flexíveis, através da ação do peso próprio da membrana ou da aplicação de pressão sobre as superfícies com quaisquer configurações de apoios, são utilizadas para geração de cascas de formas livres por meio de um programa computacional desenvolvido por Vizotto (1993), e que também podem ser geradas por meio do software ANSYS. A geração das formas analíticas tridimensionais das estruturas em cascas é realizada através de curvas diretrizes e geratrizes a partir das malhas planas. Variando-se alguns parâmetros obtêm-se composições de paraboloides hiperbólicos, paraboloides elípticos, cilindros parabólicos, etc. Após a geração das formas tridimensionais, são realizadas análises estruturais de algumas estruturas em cascas de concreto armado observando os estados de tensão das estruturas. Diversas estruturas são geradas e os resultados obtidos apresentados / Abstract: This work was mainly inspired in structures designed by Heinz Isler and Félix Candela, and it presents a contribution to preprocessing and computational generation of optimized free-form shells and the analytical shells. Two models of conceptions of roofs structures are discussed: the free-form shells, generated by computational simulation of the experimental physical models, and the structures defined by analytical functions. The middle surfaces of the first model cannot be determined by analytical equations. On the second model, however, they can be generated by translational and revolution processes. The main objective is the conception of concrete shell structures using a computational model to generate optimized shapes with the application of the Finite Element Method and mathematical programming techniques. Computational methodologies for the generation of the finite elements initial mesh and the obtention of the freeform shells and analytical shells structures are proposed. Models are proposed for the meshing of the free-form shells structures with either regular polygonal projections or quadrilateral with straight and / or parabolic edges. Properties of thin and flexible membranes are attributed to the planar meshes with any support configuration. Free form shells are generated using a software developed by Vizotto (1993) which is able to generate free-form shells by applying pressure on the surfaces or by the action of the membrane's own weight. Free form shells can also be generated using the software ANSYS. As a result, the three-dimensional shapes of the shells are obtained. From the plane meshes obtained the three-dimensional shapes of the analytical form shells are determined through guidelines and generatrices curves. By varying some parameters compositions of hyperbolic paraboloids, elliptic paraboloids, cylinders parabolic, etc, are obtained. After the generation of three-dimensional shapes, structural analyses of some reinforced concrete shell structures are performed and the tension states of the structures are observed. Several structures are generated and the results obtained are presented / Mestrado / Estruturas e Geotécnica / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:16:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sanches_RenatoPicelli_M.pdf: 52092840 bytes, checksum: a8733bac03e04caecd2a9f98c0d6399b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A otimização estrutural topológica é uma ferramenta aplicada em muitos campos da engenharia. Diversos métodos de otimização topológica (MOT) têm sido desenvolvidos a partir da consolidação do método dos elementos finitos e da evolução das capacidades computacionais. Dentre os diversos métodos, o método denominado de Otimização Estrutural Evolucionária (ESO - Evolutionary Structural Optimization) tem se consolidado na área através da aplicação de estratégias heurísticas na análise do modelo estrutural. Esse método se baseia na eliminação sucessiva de elementos em uma malha de elementos finitos que cobre o espaço de soluções definido inicialmente. Atualmente, a otimização evolucionária conta com a versão bidirecional (BESO - Bidirectional ESO) em que os elementos não são apenas eliminados, mas também adicionados ao domínio inicial. Um dos problemas comuns aos métodos de otimização topológica é o Tabuleiro de Xadrez, que consiste na obtenção de soluções intermediárias com padrões sólido-vazios alternados que sub ou supervalorizam a rigidez da estrutura e divergem da solução ótima. Como soluções para este problema, são utilizados elementos finitos de alta ordem, filtros e a aplicação de malhas hexagonais. Entretanto, as duas primeiras opções implicam no aumento do custo computacional. Neste trabalho, investiga-se o uso de malhas hexagonais nos métodos ESO/BESO, cuja metodologia ainda não foi explorada nos métodos evolucionários. Além de eliminar o Tabuleiro de Xadrez, as malhas hexagonais possibilitam a obtenção de topologias com contornos mais suaves e livres de conexões por apenas um nó. São implementados os métodos ESO em critérios de tensão e rigidez, ESO em otimização de forma e o método BESO para critério baseado em rigidez. A aplicação de malhas hexagonais é investigada em todos esses casos / Abstract: The Structural Topology Optimization technique has been applied in many fields of engineering. Several optimization methods have been developed with the Finite Element Method consolidation and the evolution of computational capabilities. Among many techniques, Evolutionary Structural Optimization (ESO) has been consolidated in the area through the successive application of heuristic strategies in the structural analysis. This method is based on a rule of successive elimination of elements in a finite element mesh that covers the feasible solution space defined initially. The Bidirectional Evolutionary Structural Optimization method (BESO) was recently proposed, in which the elements are not only eliminated but also added to the initial domain. One of the common problems in topology optimization methods is the checkerboard that consists in obtaining intermediate solutions with solid-void alternated patterns that under or overvalue the stiffness of the structure and diverges from the optimum solution / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo, Sônia Maria Gomes / Tese (doutorado) ¿ Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-19T19:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_Denisede_D.pdf: 19845716 bytes, checksum: dbcb91683ea323e390eb0dc4a89e18c3 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo do presente trabalho se enquadra na área de Análise Numérica para equações diferenciais utilizando o método de elementos finitos. Especificamente, o objetivo é a construção de espaços de elementos finitos vetoriais Hdiv-conformes. Em formulações mistas de problemas elípticos, que consistem em resolver, simultaneamente, tanto a variável primal p quanto a sua variável dual gradiente de p, espaços do tipo Hdiv são utilizados para aproximar a variável dual. A principal característica de espaços Hdiv-conformes é a continuidade da componente normal nas interfaces dos elementos. Para garantir este comportamento, propõe-se uma sistemática de construção baseada na definição de um campo vetorial ajustado a geometria da partição do domínio, combinada com funções de base escalares H1conformes disponíveis na literatura. Com esta metodologia, são construídas bases hierárquicas, de ordem arbitrária, para subespaços Hdiv-conformes em partições triangulares ou quadrilaterais bidimensionais. No entanto, na simulação de problemas elípticos pela formulação mista, os espaços envolvidos na aproximação das variáveis dual e primal necessitam ser compatíveis para garantir a estabilidade do método. Neste sentido, os espaços desenvolvidos são ajustados de forma a obter taxas ótimas de convergência em um problema de autovalor de Steklov. Considera-se também o acoplamento de formulações clássica e mista para um problema elíptico, no contexto de decomposição de domínios, em que as bases Hdiv-conformes compatibilizadas são aplicadas na formulação mista correspondente / Abstract: The study of this work fits in the area of numerical analysis for differential equations using the finite element method. Specifically, the goal is to construct Hdiv-conformes vectorial finite element spaces. In the mixed formulations of elliptic problems, where the principle is to solve simultaneously both the variable primal p as its dual variable gradient of p, Hdiv spaces are used to approximate the dual variable. The main feature spaces Hdiv-conformes is the continuity of the normal component at the interfaces of elements. To ensure this behavior, we propose a systematic construction based on the definition of a vector field adjusted to the geometry of the domain partition, combined with scalar basis functions H1-conformes available in the literature. With this methodology, hierarchical bases are constructed of arbitrary order, for subspaces Hdiv-conforming considering partitions in two-dimensional triangular or quadrilateral elements. However, the simulation of elliptic problems by the mixed formulation, the spaces involved in the approximation of the primal and dual variables need to be compatible to ensure the stability of the method. In this sense, the approximations spaces are adjusted to obtain optimal rates of convergence for a Steklov eigenvalue problem. It is also consider the coupling of classical and mixed formulations for an elliptical problem in the context of domain decomposition, which the compatibilized bases Hdiv-conformes are applied to the corresponding mixed formulation / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada