Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1997 / Made available in DSpace on 2016-01-08T22:26:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 108714.pdf: 14850722 bytes, checksum: 87c879d522f41c53f9aaf3920e4ce367 (MD5) Previous issue date: 1997 / Este trabalho busca conhecer o comportamento dinâmico de estruturas tipo placas reforçadas por vigas, através de três parâmetros fundamentais da Análise Estatística Energética, que são: a energia vibratória, a densidade modal e os fatores de acoplamento. Para calcular esses parâmetros, é necessário obter as médias espaciais de espectros de velocidade e de mobilidade. Essas curvas de resposta em freqüência são obtidas utilizando-se o Método de Elementos Finitos. Como forma de avaliação, os resultados numéricos são confrontados com resultados experimentais, obtidos em modelos de tamanho reduzido, e de resultados analíticos conhecidos, de placas sem reforços. Dessa forma, no cálculo dos fatores de acoplamento, são analisadas três configurações diferentes para o posicionamento relativo das vigas de reforço, além do caso de placas sem vigas de reforço. Para a densidade modal, são analisadas uma placa sem reforços, uma com reforços e uma estrutura de grande porte. A comparação entre resultados obtidos de placas com reforços e de placas sem reforços visa avaliar as diferenças de comportamento dinâmico entre as mesmas de forma a avaliar a possibilidade de simplificação das primeiras pelas últimas. De forma geral, a concordância entre os valores numéricos e os experimentais é boa. A variação no posicionamento das vigas mostra ter grande influência nos fatores de acoplamento, enquanto que a densidade modal mostrou-se pouco sensível a essa variação.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-04-19T04:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 338177.pdf: 3426328 bytes, checksum: b4df44b3b293360aca3ecfaa6076f040 (MD5) Previous issue date: 2015 / Altos níveis de tensão e corrente podem ser induzidos em dutos metálicos devido as linhas de transmissão (LTs) em áreas onde estas estruturas compartilham o mesmo corredor. Esta interferência eletromagnética tem sido um importante assunto de pesquisa nas últimas décadas. Neste trabalho, os diferentes acoplamentos entre LTs e dutos enterrados (acoplamento indutivo e condutivo) são estudados, implementados e validados. A zona de interferência e a influência da estrutura do solo também são abordadas em ambos acoplamentos. Ao final, um estudo de caso é apresentado para validação do modelo completo, onde a interferência indutiva e a interferência condutiva são calculadas.<br> / Abstract : Significant voltage and current levels can be induced in metallic pipelines due to power lines in areas where this structures share the same corridor. This electromagnetic interference has been an important research subject over the last decades. In this work, the different couplings between power lines and buried pipelines (inductive and conductive coupling) ares tudied, implemented and evaluated. The interference zone and the influence of the soil structure are also addressed for both couplings. Finally, a study case is presented to evaluate the complete model, where the inductive and conductive interference are calculated.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:29:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 322572.pdf: 5317607 bytes, checksum: 48e8d99a52f11a206728d52ad4ace4ef (MD5) Previous issue date: 2013 / O método clássico de projeto de máquinas elétricas é geralmente baseado apenas em equações analíticas e hipóteses, e é aprimorado com o auxílio de métodos numéricos. Devido a estes fatores este processo pode ser lento e muito dependente da experiência do projetista. Este trabalho traz uma metodologia de projeto de geradores síncronos a ímãs permanentes que, além das equações, utiliza redes de relutâncias e algoritmos de otimização, de modo a obter projetos de alta qualidade de maneira mais eficiente. Este método é apresentado com o desenvolvimento de dois geradores síncronos simultaneamente, onde a cada etapa é aplicado o Método de Elementos Finitos para avaliação dos resultados e validação dos modelos. A última seção do texto introduz o conceito de Otimização de Gamas, uma teoria que tem por objetivo encontrar a solução ótima para uma série de máquinas diferentes ao invés de otimizar cada máquina individualmente.<br>

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2016-09-20T05:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 341129.pdf: 50747293 bytes, checksum: 08790ccece33961f3fbd36337131a87a (MD5) Previous issue date: 2016 / Os tratamentos cirúrgicos da coluna vertebral são custosos e nem sempre realizados com sucesso. A artrodese, por exemplo, modifica a biomecânica da coluna vertebral e pode comprometer os segmentos adjacentes à fusão levando-os a degeneração seguida de patologias. O objetivo deste trabalho foi aprimorar e validar um modelo baseado em elementos finitos para prever o comportamento biomecânico da coluna lombossacral intacta e com fusão tanto com preservação da lordose quanto no caso hipolordótico (0°) no segmento L5-S1. Pretendeu-se compreender o efeito do alinhamento sagital, um dos principais responsáveis pela eficácia da artrodese e relacionado a aceleração da degeneração do segmento adjacente a fusão. A validação do modelo foi realizada através da calibração das propriedades dos ligamentos e das facetas articulares. Assim, foi possível manter os valores das rotações intervertebrais e das forças facetarias próximos dos valores encontrados em testes in vitro sob a aplicação de momento puro nos regimes de flexão-extensão e flexão lateral. Após a validação, a coluna foi testada sob a aplicação de forças fisiológicas através da inclusão da força gravitacional, uma carga seguidora representando os músculos locais e um sistema antagonista composto pelo reto abdominal e ereto espinhal. A coluna intacta foi testada em diversas angulações no plano sagital onde as forças destes dois músculos foram ajustadas visando manter rotações da vértebra L1 e sacro pré-definidas. Nos casos da coluna com implante, esse ajuste é feito com o objetivo de deslocar e manter o centro de gravidade na mesma posição encontrada na coluna intacta assim como a inclinação sacral (sacral slope). Em comparação com a coluna intacta os seguintes resultados foram obtidos para a coluna com fusão nas inclinações sacrais de 37° (posição neutra), 47° e 57° respectivamente: a) para o caso com preservação da lordose, as forças do eretor espinhal são 16%, 28% e 32% menores; ocorre uma redução de lordose e das forças facetárias em todos os segmentos não fundidos quando estas diferenças não são desprezíveis; b) para o caso hipolordótico as forças do eretor da espinha são 120%, 24% e 18% maiores; os segmentos superiores a vértebra L5 encontram-se mais estendidos; ocorre um aumento das forças facetárias além das máximas pressões presentes nos disco intervertebrais. Provavelmente, estes aumentos sejam os responsáveis em acelerar a degeneração das estruturas do segmento adjacente.<br> / Abstract: Surgical treatments of the spine involve high costs and their goals are not always successfully achieved. Arthrodesis, for example, changes the biomechanics of the spine and may compromise the adjacent segments, leading the patients to degenerative diseases and, eventually, serious medical conditions. The objective of this study was to improve and validate a finite element model to predict the biomechanical behavior of the lumbosacral spine. Tests involved the intact spine and the spine with fusion at the L5-S1 segment in two situations: preservation of lordosis and hypolordosis (0°). The aim was to study the effect of the sagittal alignment after fusion, one of the key factors of its efficacy, which is related to the accelerated degeneration of its adjacent segment. The validation of the model was achieved by calibrating the properties of the ligaments and facet joints. Thus, it was possible to keep the values of intervertebral rotations and forces at the facet joints close to the values found in in vitro tests under the application of pure moment in flexion-extension and lateral flexion. Additionally, the lumbosacral spine model was tested under physiological loading conditions. It includes the gravitational force, a follower load representing the local muscle, and an antagonist system composed of the rectus abdominis and erector spinae muscles. The intact spine was tested at different angles in the sagittal plane and the forces of these two muscles were adjusted to keep a pre-defined rotation of the L1 vertebra and sacrum. In the cases of the spine with implant, this adjustment serves to displace and keep the center of gravity at the same position found in the model of the intact spine and, the sacral slope as well. In comparison to the intact spine, the following results were obtained for the spine with fusion considering a sacral inclination of 37° (neutral position) 47° and 57° respectively: a) for the case of fusion with preservation of lordosis, the forces of the erector spinae are 16%, 28% and 32% lower; the lordosis and the facet forces are reduced in all unfused segments when these differences are not negligible; b) for the hypolordotic case, the forces of the erector spinae are 120%, 24% and 18% higher; the upper vertebra L5 segments are more extended; and the forces at the facet joints and the maximum pressure in the intervertebral discs are higher. Most likely, these increases are responsible for accelerating the degeneration of the adjacent segment structures.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342129.pdf: 5832226 bytes, checksum: 03021f677535a3cd1651041270ea9327 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho versa sobre a implementação de técnicas de controle no software de elementos finitos GetDP. Dois tipos de controles são programados: o controle de lógica Fuzzy, que é aplicado em uma suspensão eletromagnética, e o controle direto de torque (DTC) em cascata com um controle PI para a velocidade, aplicado em um motor de indução trifásico. Neste mesmo motor é aplicado um controlador Fuzzy-DTC substituindo o controle direto do torque e um controle Fuzzy substituindo o controlador PI da velocidade. O controlador utilizado na modelagem da suspensão eletromagnética é o modelo Fuzzy Takagi-Sugeno e os resultados são obtidos com uma formulação magnetostática aplicada em um domínio de cálculo axissimétrico. Os resultados de corrente, deslocamento e velocidade da suspensão permitem concluir que o controle implementado satisfaz aos requisitos do projeto. Em seguida, uma formulação magnetodinâmica 2D é usada para modelar o motor de indução trifásico. Inicialmente, a modelagem do motor de indução é validada comparando alguns resultados de simulação com resultados medidos. Posteriormente, simula-se o motor de indução com o controle direto de torque em cascata com um controle PI para a velocidade. Em busca de melhores resultados para o controle, são feitas algumas variações da tabela de chaveamento ótimo do controle direto do torque e a implementação de dois inversores de 3 e 5 níveis. Depois, obtêm-se os resultados para o motor com o controlador Fuzzy-DTC e o controlador Fuzzy para a velocidade. O controlador utilizado é o modelo Fuzzy Mamdani. Por fim, simula-se o motor de indução e seu controle considerando o motor conectado a uma carga. Os resultados do torque e da velocidade do motor permitem concluir que os controladores programados para o motor de indução satisfazem aos requisitos deste projeto. Todas as simulações realizadas levam em conta o movimento, o circuito de alimentação, as equações mecânicas e a não linearidade do material ferromagnético.<br> / Abstract : This work deals with the implementation of control techniques in GetDP software, which is a free finite element solver. Two types of controls are programmed: the Fuzzy logic control, which is applied to an electromagnetic suspension; and the cascade direct torque control (DTC) with a PI speed control, which is applied to a three-phase induction motor. In this same motor, it's applied a Fuzzy controller replacing the direct torque control and a Fuzzy control replacing the PI speed controller. The controller used in the electromagnetic suspension modeling is a Takagi-Sugeno Fuzzy model and the results are obtained with a magnetostatic formulation applied to an axi-symmetrical calculation domain. The current, displacement and speed results of the electromagnetic suspension lead to the conclusion that the implemented control satisfies the project requirements. Then, a 2D magnetodynamic formulation is used to model the three-phase induction motor. Initially, the induction motor modeling is validated by comparing some simulation results with measured ones. After, an induction motor using a cascade direct torque control with a PI speed control is simulated. Looking for better results for the control some switching table variations of the direct torque control are made, and the implementation of two inverters of the 3 and 5 levels. Next, the results of the motor with the DTC-Fuzzy controller and Fuzzy controller for speed are obtained. The inference system used is Mamdani Fuzzy model. Finally, the induction motor and its control considering the motor connected to a load is simulated. The torque and speed results of the three-phase induction motor lead to the conclusion that the programmed controllers satisfy the project requirements. All the performed simulations consider the movement, the coupling with circuit equations, the mechanical equations and the nonlinearity of magnetic materials.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2016-10-11T04:03:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 342222.pdf: 4361221 bytes, checksum: 919c9f5fb959a3c8b8f73db44d340883 (MD5) Previous issue date: 2016 / O presente trabalho consiste em propor um modelo constitutivo elastoviscoplástico com dano não local para a análise do comportamento dúctil e frágil de rochas salinas, no âmbito de grandes deformações, e desenvolver um sistema computacional, baseado no método dos elementos finitos, visando à solução de problemas em estado plano de deformações e axissimétricos. A formulação do modelo procede com uma descrição Lagrangeana total e considera as equações constitutivas escritas em termos da medida de deformação de Hencky e da tensão rotacionada de Kirchhoff. A modelagem da resposta dúctil (fluência primária e secundária) é descrita adotando um critério de escoamento de Drucker-Prager e a lei de fluência de Multimecanismos de Deformação (M-D) ou uma versão modificada da lei de Mecanismo Duplo. A descrição da degradação da rocha é baseada em um modelo constitutivo desenvolvido para a análise do comportamento de geomateriais, o qual considera o dano perante deformações volumétricas expansivas e permite estimar o comportamento frágil da rocha. No modelo teórico proposto considera-se, ainda, uma teoria não local de dano baseada na teoria de primeiro gradiente do dano, tendo como objetivo principal reduzir a sensibilidade da malha de elementos finitos na resposta dos problemas. Além disso, propôs-se um método numérico semi-implícito, na formulação incremental do problema, com a finalidade de obter soluções numéricas aproximadas utilizando o método de elementos finitos de Galerkin. A fim de validar o modelo proposto e o código implementado foram simulados numericamente alguns ensaios mecânicos de rochas, além da simulação do comportamento de distintos túneis em formações salinas para fins de avaliação qualitativa das respostas da fluência e do dano. O modelo constitutivo proposto, através do código desenvolvido, forneceu uma representação adequada do comportamento de fluência das rochas salinas e descreveu qualitativamente bem o dano gerado nestas rochas.<br> / Abstract : The objectives of this study were to propose an elasto-viscoplastic constitutive model with non-local damage for the analysis of the ductile and brittle behavior of rock salt under finite strains, and develop a computer system, based on the finite element method, in order to solve plane strain and axisymmetric problems. The model formulation proceeds with a total Lagrangian description and considers the constitutive equations written in terms of the Hencky strain measure and the rotated Kirchhoff stress. The modeling of the ductile response (primary and secondary creep) is described employing the Drucker-Prager yield criterion and the Multi-mechanism Deformation (M-D) model for creep or a modified version of the Double Mechanism creep law. The description of rock degradation is based on a constitutive model developed for the analysis of the behavior of geomaterials, which considers the damage under expansive volumetric strains and allows the brittle behavior of the rock to be estimated. In the proposed theoretical model a non-local damage theory based on the first gradient theory for damage is also considered, mainly in order to reduce the sensitivity of the response of the finite elements mesh to the problems. Moreover, in the incremental formulation of the problem a semi-implicit numerical scheme is proposed, aimed at obtaining approximate numerical solutions using the Galerkin finite element method. In order to validate the proposed model and the code implemented some rock mechanical tests were numerically simulated along with the behavior of different tunnels in saline formations to obtain a qualitative evaluation of creep and damage responses. The proposed constitutive model, through the code developed, provided an acceptable representation of the creep behavior of rock salt and good qualitative description of the damage generated in these rocks.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2016-10-19T12:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 339479.pdf: 4423329 bytes, checksum: 3856748bc27bbb855582f1884ab47e31 (MD5) Previous issue date: 2015 / Tradicionalmente, os projetos estruturais de resistência ao fogo, quando realizados, são feitos de maneira determinística e sem considerar diretamente as incertezas relacionadas ao problema. Essa metodologia prescritiva tem como consequência uma prática em que a segurança estrutural é indeterminada, podendo ser até mesmo inaceitável em casos excepcionais que envolvam situação de incêndio. Como alternativa, a segurança da estrutura pode ser quantificada por meio da aplicação da teoria da confiabilidade estrutural. Dentre as pesquisas de análise da confiabilidade de estruturas em incêndio disponíveis na literatura, a maioria emprega modelos estruturais bastante simplificados, que resultam em modos de falha regidos por equações de estado limite analíticas. Porém, na maioria dos casos somente soluções numéricas são possíveis. Por exemplo, para a análise de estruturas de aço em situação de incêndio é imprescindível o uso de modelos que considerem o comportamento estrutural altamente não-linear envolvido e nessas circunstâncias soluções analíticas são bastante escassas. Deste modo, o presente trabalho dedica-se à análise da confiabilidade de elementos de aço em situação de incêndio, sem proteção térmica, utilizando o método de Monte Carlo Simples (MCS) para solução do problema de confiabilidade e o Método dos Elementos Finitos para análise Térmica-estrutural, considerando não-linearidades física e geométrica. Utiliza-se, ainda, o método FORM (First Order Reliability Method) para o cálculo da probabilidade de falha dos elementos à temperatura ambiente e para a determinação dos índices de sensibilidade em relação às variáveis aleatórias. Para tal propósito, dois módulos de análise foram desenvolvidos e acoplados: o módulo de confiabilidade e o módulo mecânico. O módulo de confiabilidade é composto por um conjunto de sub-rotinas programadas em Matlab e o módulo mecânico utiliza-se do pacote computacional em elementos finitos ANSYS e requer rotinas programadas em linguagem APDL (Ansys Parametric Design Language). Tais módulos foram empregados na análise de confiabilidade de três elementos estruturais de aço em situação de incêndio: uma barra sob tração, uma viga sob carregamento distribuído e um pilar com excentricidade inicial sujeito a uma carga centrada. Os três elementos foram dimensionados segundo a norma NBR 8800:2008 e as propriedades estatísticas dos parâmetros envolvidos nos problemas foram definidas a partir de informações da literatura. Com base nos resultados, observou-se que os elementos analisados apresentam probabilidade de entrar em colapso antes de 30 minutos de incêndiosuperior a 95,00%, sendo os parâmetros que modelam o incêndio os principais responsáveis pela probabilidade de ocorrência da falha. Ressalta-se que a norma NBR 14432:2000 define que a estrutura como um todo deve suportar pelo menos 30 minutos de incêndio, para que possa ocorrer evacuação em uma situação de sinistro. Nas análises dos elementos à temperatura ambiente, observou-se que, a depender das variáveis aleatórias do problema, os critérios normativos podem ser insuficientes para garantir a segurança estrutural, uma vez que os coeficientes de segurança são calibrados para atingir níveis aceitáveis de segurança em condições usuais. Por último, verificou-se que a utilização do método MCS em problemas envolvendo incêndio exige um custo computacional muito alto, ou mesmo proibitivo, para a maioria dos problemas reais de engenharia civil, sobretudo devido às repetidas análises térmicas e estruturais necessárias. Portanto, o desenvolvimento da análise de confiabilidade de estruturas submetidas ao fogo depende fortemente dos avanços computacionais e do desenvolvimento de novas estratégias e métodos para solução eficiente dos subproblemas envolvidos. Este trabalho propicia um melhor entendimento destes problemas, bem como fornece algumas informações e subsídios para o desenvolvimento de tais estratégias e métodos.<br> / Abstract: In general, structures under fire conditions are designed by using deterministic approaches. Since the uncertainties involved are not directly considered, in this kind of prescriptive methodology the structural safety cannot be quantified and in some cases it can even achieve unacceptable levels. As an alternative, structural reliability theory can be applied to determine how safe a structure is. Most of the studies about reliability of structures under fire conditions consider simplified structural models, in such a way that limit states are described by analytical equations. However, for the majority of real applications, only numerical solutions are available. For example, in the reliability analysis of steel structures under fire conditions, the non-linear structural behavior involved must be considered and analytical solutions for these cases are very limited. The present study aims to analyze the reliability of steel structures under fire conditions, without thermal protection, using Monte Carlo simulation to solve the reliability problems and the Finite Element Method (FEM) for thermal-structural analysis considering physical and geometric nonlinearities. The First Order Reliability Method is also applied, in order to estimate failure probabilities for room temperature conditions and to compute sensitivities of failure probabilities with respect to random variables. Two analysis modules are developed and coupled: the reliability module and the mechanical module. The reliability module is composed of several subroutines implemented in MATLAB and the mechanical module uses the ANSYS finite element package and input files written in APDL (Ansys Parametric Design Language). These modules are applied in the reliability analysis of three steel structural elements under fire conditions: a tensile bar, a beam under uniformly distributed load and a column with initial eccentricity under a concentrated load. The elements are designed according to the NBR 8800:2008 and the statistical parameters involved are defined in accordance with the literature. The results indicated that after 30 minutes under fire conditions all structural elements studied achieved failure probabilities above 95% and that these probabilities were highly sensitive to the parameters describing the fire. It is noteworthy that NBR 14432:2000 recommends that the structure must resist fire for at least 30 minutes so the building can be evacuated. Analysis of the structural elements at room temperature pointed out that depending on the parameters and variables considered (dead load versus live load, for example), the criteria established by NBR 8800:2008 can be insufficient to ensuresafety, since the safety factors were calibrated for usual structures and conditions. Finally, it was verified that Monte Carlo simulation presents a high computational cost which can be prohibitive for many real-world applications in structural engineering, especially when a computationally expensive analysis, such as an iterative thermal-structural analysis, is required. Therefore, the advance of structural reliability analysis of structures under fire conditions relies on computational advances and development of new methods and strategies to efficiently solve the related subproblems. The present study provides a better understanding of these problems and presents some information which can be used to develop new strategies and methods.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2016 / Made available in DSpace on 2017-03-28T04:09:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 344660.pdf: 4157362 bytes, checksum: 95581f5a208ff8189ebede97c2a779c3 (MD5) Previous issue date: 2016 / Este trabalho teve como objetivo central o desenvolvimento e a implementação computacional de um modelo refinado para análise de pórticos espaciais e pórticos de edifícios de concreto armado que considere as não linearidades física e geométrica. O modelo desenvolvido é implementado em um programa denominado ANEST/CA, que ficará sendo uma ferramenta útil para aplicação em estudos mais aprofundados sobre o comportamento estrutural de edifícios de CA. O modelo 3D utiliza o método de elementos finitos (MEF) para discretização da estrutura por meio de elementos finitos de barra de 3 nós. A deformação por cisalhamento é desprezada e considera-se a não linearidade física ao longo do elemento e da seção, a qual é dividida em filamentos, admitindo-se que cada filamento está sob um estado uniaxial de tensões. Utilizam-se leis constitutivas não lineares baseadas na relação tensão-deformação para os filamentos de concreto, incluindo-se um modelo refinado de tension-stiffening, e também para os filamentos de armaduras de aço. Inclui-se também um modelo constitutivo para considerar o efeito do confinamento no concreto propiciado pelos estribos nos pilares. A torção é considerada desacoplada dos demais esforços, adotando-se um modelo constitutivo trilinear para representação da rigidez à torção do elemento. A não linearidade geométrica segue a Formulação Lagrangeana Total. Pode-se considerar na modelagem a restrição de diafragma rígido para representação do efeito da rigidez dos planos de lajes no comportamento estrutural dos pórticos de edifícios. Após a implementação computacional do modelo, foram realizados estudos de validação do programa ANEST/CA em comparação com modelos experimentais de vigas e pórticos planos e com modelos de outros programas e autores. Estudos iniciais para avaliar a influência dos diversos aspectos incorporados no modelo 3D no comportamento estrutural de pórticos de edifícios foram realizados por meio da análise de três exemplos de pórticos espaciais de edifícios de concreto armado. Os aspectos investigados foram: os efeitos de não linearidade física e geométrica; a consideração de diafragma rígido na modelagem dos pavimentos; o efeito da contribuição da laje na rigidez à flexão das vigas; e o efeito de confinamento do concreto propiciado pelos estribos nos pilares. Realizou-se também um estudo inicial de comparação do modelo proposto com um método simplificado, o qual considera de forma simplificada tanto a não linearidade geométrica, por meio da utilização apenas da matriz KG, como a física, por meio de coeficientes redutores de rigidez à flexão dos elementos, conforme recomendado pela NBR 6118 para análise global de estruturas no Estado Limite Último. A partir das análises de todos exemplos, são feitas algumas observações sobre o comportamento estrutural de pórticos de edifícios de concreto armado e também sobre o método simplificado de análise não linear utilizado em normas de projeto.<br> / Abstract : The main objective of this doctoral thesis is the development and the computational implementation of a refined model for analysis of reinforced concrete (RC) spatial frames and also building frames, taking into account both material and geometric nonlinearities. The developed model is implemented into a computer program called ANEST/CA, which will become a useful tool to further investigate the structural behaviour of RC buildings. The 3D model utilizes the finite element method (FEM) for the structure discretization, by means of 3-node bar finite elements. Shear deformation is neglected in the bar element formulation. The material nonlinearity is considered along the element length and over the element section area, which is divided into filaments, by assuming that each filament is under a uniaxial stress-state. Nonlinear constitutive laws based on stress-strain relationships are used for both concrete filaments, by including a refined tension-stiffening model, and reinforcement filaments. A constitutive model to account for confinement of concrete provided by transverse reinforcement in the columns is also included. Torsion is considered decoupled from the other internal forces, and a trilinear constitutive model is adopted to represent the torsional stiffness of the element. The geometric nonlinearity follows the Total Lagrangean Formulation. To simulate the effect of high in-plane stiffness of the floor slabs on the building structural behavior, rigid diaphragms constraints can be considered in the modelling. After completing the computational implementation of the model, the ANEST/CA program was validated by comparison with experimental testing on RC beams and plane frames, and with models from other programs and authors. To evaluate the influence of several features of the nonlinear 3D model, initial studies were conducted, by analysing three examples of RC building spatial frames. The features investigated were: the effects of physical and geometric nonlinearities; the consideration of rigid diaphragm constraints on the floor modelling; the effect of the slab contribution to the beam flexural stiffness; and the effect of concrete confinement provided by stirrups in the columns. An initial comparative study of the proposed model with a simplified method, that considers in a simplified way both the geometric nonlinearity, by using only the geometric stiffness KG, and the physical nonlinearity, by means of coefficients that reduce the flexural stiffness of the elements, as recommended by the Brazilian Design Code NBR 6118 for global analysis of structures in the Ultimate Limit State. From the analyses of all examples, a few remarks on the structural behavior of RC building frames and on the simplified method used by Design Codes are highlighted.

Made available in DSpace on 2015-10-06T13:03:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-27. Added 1 bitstream(s) on 2015-10-06T13:18:40Z : No. of bitstreams: 1 000849630.pdf: 1737735 bytes, checksum: 2b61d169ff959c861125b69360748f6a (MD5) / Uma máquina rotativa é composta por muitos componentes interconectados que atuam em conjunto. Essa influência mútua pode ocasionar uma grande variedade de fenômenos durante seu funcionamento. Desbalanceamento, desalinhamento e falha em mancais de rolamento são os principais responsáveis pela vibração desses equipamentos. Uma das soluções para evitar tais problemas é o monitoramento constante de máquinas a fim de antever um dano mais grave. Nesse ambiente, há a preocupação no desenvolvimento de novas técnicas de detecção e localização de falhas. Uma das técnicas mais difundidas atualmente é a identificação de rigidez e amortecimento dos mancais e de forças de excitação do sistema. Para o desenvolvimento dessas metodologias há a necessidade de construção de modelos matemáticos capazes de representar o comportamento mecânico, sendo úteis na previsão da resposta do sistema. Neste âmbito, este projeto tem como proposta estimar a rigidez e o amortecimento dos mancais - a partir de dados experimentais - e identificar as forças de desbalanceamento utilizando três métodos diferentes: séries de Fourier, polinômios de Legendre e de Chebyshev / A rotating machine is composed of many interconnected components working together. This mutual influence can cause a wide range of phenomena during operation. Unbalancing, misalignment and failure in ball bearings are mainly responsible for the vibration of such equipment. One solution to avoid such problems is the constant monitoring of machines in order to predict a more severe damage. In this environment, there is concern in the development of new techniques for detection and troubleshooting. One of the techniques is now widespread the identification of stiffness and damping of the bearing and the excitation forces of the system. For the development of these methods is the need to build mathematical models that represent the mechanical behavior and is useful in predicting system response. In this context, this project proposes the estimation of stiffness and damping of the bearings - from experimental data - and the identification of unbalance forces using three different methods: Fourier series, Legendre polynomials and Chebyshev

Made available in DSpace on 2015-12-10T14:23:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-07-08. Added 1 bitstream(s) on 2015-12-10T14:30:00Z : No. of bitstreams: 1 000853535.pdf: 3830279 bytes, checksum: 808e22162a974efb82537b4b5a583580 (MD5) / O método clássico de elementos finitos denominado de método de Bubnov-Galerkin ou Método de Galerkin (GFEM) é ótimo para solução de problemas difusivos, entretanto, para o caso de problemas com convecção dominante como ocorre em muitos problemas de escoamentos de fluidos, o GFEM produz soluções oscilantes para altos números de Reynolds. Diversas técnicas têm sido associadas à discretização dos termos convectivos nas equações de Navier-Stokes para remediar a deficiência do GFEM. Uma destas técnicas é denominada na literatura de separação baseada na característica (em inglês CBS - Characteristic Based Split), e tem sido aplicada com sucesso para estabilização das soluções de problemas convectivos usando o GFEM. Neste trabalho, o GFEM associado ao esquema CBS será aplicado para simulação de casos de escoamentos incompressíveis bidimensionais e tridimensionais / The classical finite element method called the method of Bubnov-Galerkin or Galerkin Method (GFEM) is optimum for solving diffusion problems, however, in case of problems with dominant convection as in many problems of fluid flow, the GFEM produces oscillating solutions for high Reynolds numbers. Several techniques have been associated with the discretization of the convective terms in the Navier-Stokes equations to remedy the deficiency of GFEM. One of such techniques is denominated in literature as Characteristic Based Split (CBS) and has been applied successfully to stabilize the solutions of convective problems using GFEM. In this work, the GFEM associated with the Characteristic Based Split (CBS) scheme will be applied to simulate two and three-dimensional incompressible fluid flows