A área de pesquisa de testes não-destrutivos é muito importante, trabalhando com o diagnóstico e o monitoramento das condições dos componentes estruturais prevenindo falhas catastróficas. O uso de algoritmos genéticos para identificar mudanças na integridade estrutural através de mudanças nas respostas de vibração da estrutura é um método não-destrutivo que vem sendo pesquisado. Isto se deve ao fato de que são vantajosos em achar o mínimo global em situações difíceis de problemas de otimização, particularmente onde existem muitos mínimos locais como no caso de detecção de dano. Neste trabalho é proposto um algoritmo genético para localizar e avaliar os danos em membros estruturais usando o conceito de mudanças nas freqüências naturais da estrutura. Primeiramente foi realizada uma revisão das técnicas de detecção de dano das últimas décadas. A origem, os fundamentos, principais aspectos, principais características, operações e função objetivo dos algoritmos genéticos também são demonstrados. Uma investigação experimental em estruturas de materiais diferentes foi realizada a fim de se obter uma estrutura capaz de validar o método. Finalmente, se avalia o método com quatro exemplos de estruturas com danos simulados experimentalmente e numericamente. Quando comparados com técnicas clássicas de detecção dano, como sensibilidade modal, os algoritmos genéticos se mostraram mais eficientes. Foram obtidos melhores resultados na localização do que na avaliação das intensidades dos danos nos casos de danos propostos.

Este trabalho tem o objetivo de realizar uma análise de sensibilidade dos parâmetros operacionais e de projeto de uma usina termelétrica. A análise de sensibilidade serve para indicar qual a importância dessas grandezas no resultado do sistema. A planta modelada é a da Usina Termelétrica Presidente Médici – Fase B, localizada em Candiota, RS, onde cada módulo é capaz de produzir até 160 MW de potência. Para esta planta é apresentado o equacionamento de cada componente do sistema. Destacam-se duas modelagens para a turbina a vapor, usadas para a simulação de seu comportamento em carga parcial, o da Elipse de Stodola e o de Schegliáiev. Ambos os modelos são comparados. Também são apresentados os modos de controle de carga por válvula de estrangulamento, por válvula de bocais e por pressão deslizante. A análise de sensibilidade é feita por meio de três métodos distintos, cujos resultados são comparados. O Método Diferencial utiliza as derivadas parciais para estimar a sensibilidade. O Método de Monte Carlo realiza uma série de avaliações do sistema, com os dados de entrada gerados randomicamente em cada avaliação e análise estatística dos resultados para avaliar a sensibilidade das respostas. É desenvolvido neste trabalho o Método da Transformada de Fourier, que gera os dados de forma senoidal e utiliza a transformada de Fourier para medir as sensibilidades. A medida da sensibilidade é feita através de dois índices. O índice de importância é a derivada parcial de um resultado em relação a um parâmetro, adimensionalizado pelas médias das variáveis, e o índice de sensibilidade é a composição fracional da variância de um resultado. Como conclusão, observa-se que os modelos para operação em carga parcial da turbina de Schegliáiev e de Stodola produzem praticamente os mesmos resultados. Os três métodos de análise de sensibilidade conduzem aos mesmos índices de sensibilidade no caso estudado. A ordenação da importância dos parâmetros estudados é idêntica quando se usa tanto o índice de importância quanto o de sensibilidade, mesmo seus valores sejam diferentes para cada parâmetros.

Este trabalho objetiva o desenvolvimento e a implementação computacional de aproximações Galerkin mínimos-quadrados (GLS) para escoamentos não Newtonianos inelásticos utilizando os modelos de Líquido Newtoniano Generalizado (GNL) e Fluido Quasi- Newtoniano sensível ao tipo de escoamento. Apesar de escoamentos de fluidos não Newtonianos serem cruciais em problemas de engenharia, eles representam, ainda hoje, um assunto em aberto, devido à dificuldade de se criar um modelo matemático para o comportamento não-linear das funções materiais medidas em laboratório e também à complexidade do problema gerado quando da aproximação dos modelos mecânicos disponíveis por métodos numéricos usuais. As equações clássicas de GNL possuem funções de viscosidade capazes de prever comportamentos pseudoplástico, viscoplástico ou dilatante, representado ajustes de curvas de tensão de cisalhamento versus taxa de cisalhamento em escoamentos viscométricos. Os modelos sensíveis ao tipo de escoamento são capazes de representar o comportamento diferenciado em regiões de cisalhamento e extensão, utilizando um parâmetro cinemático de classificação de escoamentos e curvas de escoamento em regimes viscométrico e extensional. As formulações multi-campos em tensão extra, pressão e velocidade (τ-p-u), ou ainda com a taxa de deformação como variável primal, são alternativas para a aproximação numérica de escoamentos não Newtonianos que possuem diversas vantagens. Elas tornam desnecessário o pós-processamento do campo de velocidade para a obtenção dos campos de tensão, representando uma aproximação mais precisa especialmente para elementos de baixa ordem, desejáveis do ponto de vista computacional. Além disso, permitem a intuitiva extensão para a implementação de modelos viscoelásticos diferenciais. No entanto, a compatibilização dos sub-espaços funcionais das variáveis é uma dificuldade na implementação numérica, além das instabilidades numéricas intrínsecas aos operadores advectivos dos modelos. Como forma de superar essas dificuldades, uma estratégia de estabilização do tipo GLS é utilizada, a fim de permitir a implementação numérica das formulações em estudo, gerando a estabilidade necessária para várias combinações de subespaços funcionais. É apresentado um estudo dos princípios da Mecânica do Contínuo, de teoria constitutiva, e do método de elementos finitos, com ênfase nos métodos estabilizados do tipo GLS para formulações u-p, τ-p-u e D-p-u. São apresentados resultados numéricos validando o código computacional desenvolvido, e também investigando escoamentos de fluidos Newtonianos, viscoplásticos, pseudoplásticos e quasi-Newtonianos em geometrias como cavidades e contrações. O método se mostra estável e os resultados fisicamente realistas. No entanto, o modelo sensível ao tipo de escoamento demonstra sérios problemas de convergência nos casos nos quais a não-linearidade material é acentuada. / This work aims the development and computational implementation of Galerkin leastsquares (GLS) approximations for non Newtonian purely viscous flows employing Generalized Newtonian Liquid (GNL) and Quasi-Newtonian flow type sensitive models. Despite non Newtonian flows are crucial in many problems in engineering, they represent an open subject, due to the difficulty of building a mathematical model for the non-linear behavior of material functions obtained experimentally, and also due to the complexity of the problem generated by the approximation of the available mechanical models via usual numerical methods. In the classical GNL equations there are viscosity functions that are able to predict pseudoplastic, viscoplastic and dilatant behavior, representing the curve fitting of shear stress versus shear rate in viscometric flows. The flow type sensitive models are able to predict the different behavior in regions of shearing and extension, employing a kinematic parameter to classify the flows and the flow curves in viscometric and extensional flows. Multi-field formulations in extra-stress, pressure and velocity (τ-p-u), or even with the strain rate as a primal variable, are alternatives to the numerical approximation of non Newtonian flows that possess many advantages. They render unnecessary the post-processing of the velocity field to obtain the stress fields, representing a more accurate for low-order elements, eligible from the numerical standpoint. Besides, they allow the intuitive extension for the implementation of viscoelastic differential models. However, the compatibilization of functional sub-spaces of the variables is a difficulty in the numerical implementation, besides the numerical instability intrinsic to the advective operators in the models. As a path to come over these difficulties, a stabilization strategy of GLS type is employed, so as to allow the numerical implementation of the formulations, achieving the necessary stability for various combinations of functional sub-spaces. A study of the principles of Continuum Mechanics, constitutive theory and the finite element method is presented, with emphasis in the GLS methods for u-p, τ-p-u and D-p-u formulations. Numerical results are presented, validating the computational code developed, and investigating flows of Newtonian, viscoplastic, pseudoplastic and quasi-Newtonian fluids different geometry, as cavities and contractions. The methods are noticeable stable and physically comprehensive. Although, the flow type sensitive model shows serious convergence problems in the cases when the nonlinearity is too pronounced.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014. / Submitted by Andrielle Gomes (andriellemacedo@bce.unb.br) on 2015-07-01T20:32:18Z No. of bitstreams: 1 2014_AlvaroCamposFerreira.pdf: 3707259 bytes, checksum: 9862bd4b3d7bdee5390ed7a4eb1a177c (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2015-07-28T12:11:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_AlvaroCamposFerreira.pdf: 3707259 bytes, checksum: 9862bd4b3d7bdee5390ed7a4eb1a177c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-28T12:11:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_AlvaroCamposFerreira.pdf: 3707259 bytes, checksum: 9862bd4b3d7bdee5390ed7a4eb1a177c (MD5) / O estudo de cavidades acústicas é uma área de grande interesse em diversas áreas da industria. Em aplicações automotivas, o projeto de abafadores reativos ou dissipativos tem uso em diversas aplicações na admissão e na exaustão de motores de combustão interna. Em aplicações petrolíferas, o controle de ruído é uma necessidade em dutos para redução de ações acústicas gerados por máquinas ou pelo próprio fluxo ou sua interação com acidentes (curvas, junções T, válvulas, reduções, entre outros). Ou ainda em aplicações biomecânicas, o estudo do trato vocal repercute em domínios da fonoaudiologia, síntese da voz, e no ensino/treinamento de cantores líricos. Inúmeras são as aplicações práticas quando as soluções permitem a avaliações de cavidades tão complexas e diferentes. Uma das formas de prever numericamente o comportamento acústico é com o Método de Elementos de Contorno. Este método possui características interessantes para a solução de problemas acústicos sem poluição numérica em altas frequências. O presente trabalho aborda a acústica de cavidades através do método dos Elementos de Contorno Direto. A implementação numérica é realizada em MATLAB devido as possibilidades de solução computacional e de visualização dos resultados. A construção de malhas em elementos de contorno usa o programa GiD. O código implementado é utilizado para obter o comportamento acústico de cavidades de geometria simples e esse resultado é comparado com soluções analíticas (soluções fechadas e matriz de transferência) e resultados numéricos de modelos do Método de Elementos Finitos obtidos utilizando o software comercial Ansys 14:5. O código implementado é então utilizado para obter o comportamento acústico de cavidades de geometria complexa em colaboração com o Laboratório de Vibrações (UnB FT/EnM/GDS). ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The study of acoustic cavities is a highly interesting area for numerous industry segments.The design of reactive or dissipative mufflers in the admission or exhaustion of internal combustion engines is a concern in the automotive industry. In petrochemical applications, the noise control is a necessity for the reduction of acoustic effects generated by the machinery or the flow inside the duct itself (curves. T junctions, valves, reductions, for example). There are even biomechanical applications, the study of the vocal tract bounces in the domain of phonoaudiology, voice synthesis and in the teaching/coaching of lyrical singers. There are countless applications for the evaluation of solutions of cavities with complex geometries. One of the ways to numerically predict the acoustic behavior is using the Boundary Element Method. This method possesses interesting characteristics for the solution of acoustic problems with no numeric pollution in the high frequencies. The present work assesses cavity acoustics by means of the Direct Boundary Element Method. The numerical implementation is performed in the MATLAB programing environment for its capacity of computational solution and results visualisation. Mesh construction in boundary elements is carried out using commercial program GiD. The implemented code is used to obtain the acoustic behavior of simple geometry cavities and this result is compared with analytical solutions (closed solutions and transfer matrix) and numerical results of Finite Element Method models obtained using commercial software Ansys 14:5. The implemented code is then used to obtain the acoustic behavior of complex geometry cavities in collaboration with the Laborat´orio de Vibrac¸ ˜oes (UnB - FT/EnM/GDS).

Submitted by Fatima Fonseca (fatima.fonseca@sibi.ufrj.br) on 2017-09-22T18:26:09Z No. of bitstreams: 1 145457.pdf: 837296 bytes, checksum: b914d3042d838e0cc4a983b5990a4089 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-22T18:26:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 145457.pdf: 837296 bytes, checksum: b914d3042d838e0cc4a983b5990a4089 (MD5) Previous issue date: 1977-02 / São estudados os métodos de integração passo a passo Galerkin e Newmark. Utilizando-se o teorema da equivalência de Lax e Richtmyer são estabelecidos critérios de convergência para esses algoritmos de integração numérica. Finalmente é feito um estudo comparativo dos dois métodos quando aplicados a um sistema de um grau de liberdade. / ln this work the Galerkin's and Newmark's step-by-step integration methods are studied. Using the Equivalence Theorem, due to Lax and Richtmyer, convergence criteria are establishedd to this algorithms. Finally a comparison between these two methods, when applied to a single degree of freedom system, is done.

Made available in DSpace on 2016-04-28T12:14:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000478363-Texto+Completo-0.pdf: 599 bytes, checksum: cd92f330653a1fb83002029c6db7d91c (MD5) Previous issue date: 2016 / Image reconstruction in electrical impedance tomography (EIT) deals with an ill-posed and nonlinear inverse problem. It intends to minimize the difference between simulated (virtual) object data and data from a non simulated (real) object. In this paper, a new approach to the Simulated Annealing method applied to reconstruction of EIT images is described. The main advantage in this approach is that all conductivity parameters are updated simultaneously. Other methods that employ Simulated Annealing to the problem of EIT evaluate each conductivity parameter individually resulting in high computational cost. The algorithm was tested both with computationally generated data and with measurements performed on a physical simulation tank. In both cases, the method was able to make data inversion, determining the position, the dimensions and the conductivity of materials in an opaque object plane. / O problema de reconstrução da tomografia por impedância elétrica (TIE) é um problema de otimização inverso, não linear e mal-condicionado, no qual se objetiva minimizar a diferença entre dados medidos e calculados através de um modelo numérico. No presente trabalho, é descrita uma nova abordagem do método de recozimento simulado aplicado à reconstrução de imagens de TIE. A principal vantagem do algoritmo apresentado é que todos os parâmetros de condutividade do domínio são atualizados conjuntamente. Outros métodos que empregam o recozimento simulado para a solução do problema da TIE avaliam individualmente cada parâmetro de condutividade, tendo, por isso, grande custo computacional. O método proposto foi testado com dados gerados computacionalmente e com medidas realizadas em um tanque de simulação física. Em ambos os casos, ele pôde fazer a inversão dos dados, sendo capaz de determinar a posição, as dimensões e a condutividade de diferentes materiais em um plano transverso de um objeto opaco.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000442072-Texto+Completo-0.pdf: 3912333 bytes, checksum: 76ed01a2afdc667ae770dfe4b13f06c6 (MD5) Previous issue date: 2012 / This work makes a mathematical study aiming to solve the problem of image's reconstruction in Electrical Impedance Tomography. In this image technique, electrodes are positioned on the boundary/border of a volume to be studied. In two of them, patterns of currents are "injected" and in the remaining electrodes electric potentials are measured. Through these data it is possible to estimate the electrical conductivity or resistivity within the region assessed, thus forming an image of it using its electrical properties. In order to establish this estimate, it is necessary to solve two problems: the forward and the inverse problem. The forward problem consists in solving the generalized Laplace equation, which governs the potential within the studied region. To accomplish that, numerical methods are used, such as the Finite Element Method, the Boundary Element Method or the Finite Difference Method which was the method used in this work. By solving the forward problem and the measurements of the potential contour the inverse problem is solved. In this process, the potential is calculated and measured values of potential are placed in an error functional and the distribution of conductivity that minimizes the value of this functional is searched. A Minimization procedure known as simulated annealing applied to the functional can to resolve the Electrical Impedance Tomography's inverse problem. / Este trabalho faz um estudo matemático para solução do problema de reconstrução de imagens da Tomografia por Impedância Elétrica. Nesta técnica são posicionados eletrodos no contorno/fronteira de um volume a ser estudado. Em dois deles, são “injetados” padrões de correntes e nos eletrodos restantes são medidos potenciais e correntes elétricas. Através desses dados é possível estimar a condutividade ou resistividade elétrica no interior da região avaliada, formando assim uma imagem da mesma4, utilizando suas propriedades elétricas. Para fazer esta estimativa, é necessário resolver dois problemas, um deles chamado de problema direto e o outro de problema inverso. O problema direto consiste na solução da equação generalizada de Laplace, a qual rege o poten-cial no interior da região. Para isso, são utilizados métodos numéricos, como o Método dos Elementos Finitos, o Método dos Elementos de Contorno ou ainda, o Método das Diferenças Finitas que é o método utilizado nesse trabalho. Através da solução do problema direto e das medidas dos potenciais no contorno é resolvido o problema inverso. Nesse processo, os potenciais calculados e medidos são colocados dentro de um funcional de erro e busca-se a distribuição de condutividade que minimiza o valor desse funcional. Para isso são utilizados métodos de minimização, tal como o método de recozimento simulado utilizado neste trabalho. Esse método, por sua vez, mostrou-se capaz de resolver o problema inverso da Tomografia por Impedância Elétrica.

O principal objetivo desta tese é o desenvolvimento e implementação de um modelo teórico que prediz o comportamento até e após a resposta máxima de estruturas laminares de concreto armado submetidas a cargas de curta duração. Como um subproduto deste trabalho foi feita a representação de estruturas laminares elastoplásticas sujeitas a cargas impulsivas. Avanços similares foram registrados na predição da capacidade de carga do concreto submetido a um estado plano de tensões, assim como na descrição das características da interação entre o aço e o concreto. A discretização espacial consiste em um arranjo de barras de treliça com rigidez equivalente ao continuo que se quer representar. As massas são concentradas nos nós e as equações de movimento são integradas explicitamente no domínio do tempo. Aplicações do Método dos Elementos Discretos (DEM) proposto ao cálculo de estruturas laminares elastoplásticas são apresentados. Propõe-se um procedimento para considerar na análise a condição de incompressibilidade no fluxo plástico. O modelo reconhece a não homogeneidade intrínseca do concreto, a qual é levada em conta por simulação. Os requisitos básicos da teoria da fratura são cumpridos usando o critério de Hillerborg. São apresentadas também as análises de uma viga, uma placa e uma casca de concreto armado submetidas a cargas impulsivas. Os resultados obtidos são comparados com resultados experimentais, os quais mostram as vantagens do método utilizado. / The main objective of this thesis is the development and implementation of a theoretical model to predict the behaviour up to and beyond the peak response of laminar reinforced concrete structures submited to short duration loadings. As by product of this is work, progress in the representation of elastoplastic shell structures subjected to impulsive loading was achieved. Similar advances were registered in the prediction of concrete capacity under plane stress, as well as in the description of interaction effects between concrete and steel reinforcement. The spatial discretization consists of an array of unidimensional elements in three dimensional cubic lattice model. The stiffness of the elements is determinated so that the modeled continuum presents the same stiffness coefficients. Masses are lumped at the nodal points and the equations of motions integrated explicity in the time domain. Aplications of the proposedl Discrete Element Methods (DEM) to elastoplastic shell structures are shown. Procedure is proposed to consider in the analysis the incompressibility condition in the plaslic flow. The model recognizes the intrinsic non homogeneity of concrete, wich is taken into account by simulation. The basic requirement of fracture theorie are met by using Hillerborg - type criteria. Detailed analysis of a reinforced concrete beams, plate and shell under impact anel impulsive loading are presented and compared with the experimental results, wich shows the advantages of the method.

A dinâmica de propagação da ruptura durante terremotos é um dos assuntos mais relevantes e complexos em Sismologia. Um critério constitutivo para a falha que descreva corretamente a relação das variáveis estáticas (tensões normais e tangenciais) com as variáveis cinéticas (deslocamentos e velocidades) na interface é necessário para efetuar uma análise dinâmica confiável. A fim de determinar um critério constitutivo para o deslizamento com atrito ao longo da falha sísmica, primeiramente apresentam-se métodos para caracterizar as superfícies deslizantes e discutem-se os principais critérios constitutivos que têm sido usados. Também são apresentados os resultados de um estudo experimental realizado, evidenciando, para sólidos metálicos em contato, uma lei constitutiva de variação do atrito com a velocidade. Um modelo numérico tridimensional baseado no Método dos Elementos Discretos (DEM) é usado para representar a região de rocha adjacente à falha. O modelo consiste de uma estrutura tridimensional periódica com massas concentradas nos nós, interconectadas por elementos visco-elásticos unidimensionais. Inicialmente, de acordo com modelos usuais em Sismologia, admite-se que o material é elástico, linear e homogêneo. Em uma segunda análise, a influência da não-homogeneidade do material é avaliada considerando que a massa específica, o módulo de Young e o coeficiente de atrito são campos aleatórios Gaussianos correlacionados. Na análise seguinte, o efeito da fratura na região de rocha adjacente à falha é também numericamente avaliado. Por fim, a influência de ruptura de micro-asperezas nas superfícies deslizantes é analisada. Através de simulação de Monte Carlo, as relações constitutivas macro (ou globais) para a falha são obtidas, admitindo como leis constitutivas micro (ou locais) os dois critérios mais usados em Sismologia: a lei de variação do atrito com a velocidade e a lei de variação do atrito com o deslizamento. Quando os blocos de rocha são admitidos serem elásticos e homogêneos não há um efeito de escala. Novamente, quando a rocha é considerada não-homogênea não há um efeito de escala significativo, apenas pequenas variações nos parâmetros das leis constitutivas macro em relação às leis micro são percebidas, exceto pela influência do campo aleatório do coeficiente de atrito, o qual apresenta um efeito de escala perceptível. A ocorrência de fratura nas proximidades da falha não causa modificações significativas nas leis constitutivas macro, apenas causa algumas oscilações em torno da lei sem fratura. Finalmente, obtém-se um critério constitutivo macro que leva em consideração a ruptura por cisalhamento das micro-asperezas nas superfícies deslizantes. O modelo é chamado lei modificada de variação do atrito com a velocidade e é considerado um critério constitutivo mais geral.

Este trabalho desenvolve um método numérico para a solução de escoamentos bidimensionais em torno de geometrias automobilísticas utilizando o método de diferenças finitas. O código computacional resolve as equações de Navier-Stokes e de Euler para uma distribuição adequada dos pontos discretos na malha. O método de integração empregado baseia-se no esquema explícito de Runge-Kutta de 3 estágios para as equações da quantidade de movimento e no de sub-relaxações sucessivas para a pressão na base Gauss-Seidel. Utilizou-se a técnica dos contornos virtuais em coordenadas cartesianas para resolver o escoamento sobre uma geometria simplificada, com a superfície coincidente com a malha computacional, e uma geometria automobilística mais complexa (BMW). Para a certificação da técnica empregada, optou-se pela utilização da teoria do escoamento potencial e pela comparação com dados experimentais encontrados na literatura e outros coletados em túnel de vento em escala reduzida. Houve dificuldade nesta comparação devido à falta de artigos relativos às simulações numéricas de escoamentos sobre automóveis e na aplicação da técnica dos contornos virtuais em geometrias complexas. Os resultados foram satisfatórios, com boas perspectivas para trabalhos futuros, contribuindo assim para o desenvolvimento da área.