Submitted by Daniel Santos (danielbarbedo.teto@gmail.com) on 2018-02-05T17:19:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniel Barbedo versao final corrigida.pdf: 1964343 bytes, checksum: 65c0f4da238b8e1285dc35e992eb7432 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2018-02-06T10:18:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniel Barbedo versao final corrigida.pdf: 1964343 bytes, checksum: 65c0f4da238b8e1285dc35e992eb7432 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-06T10:18:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Daniel Barbedo versao final corrigida.pdf: 1964343 bytes, checksum: 65c0f4da238b8e1285dc35e992eb7432 (MD5) / CAPES / Esta dissertação tem como objetivo apresentar um embasamento teórico sobre a formulação de problemas de contato mecânico com atrito para sólidos tridimensionais utilizando o método da superfície B-Spline para a suavização de superfície. Este é baseado na mecânica do contínuo. Inicialmente é apresentada uma breve descrição dos tensores da mecânica do contínuo necessários à formulação, bem como as suas relações entre si. Parte-se então para a definição da formulação da mecânica dos sólidos utilizando a forma fraca, conhecida como o Princípio dos Trabalhos Virtuais, onde a equação de equilíbrio é obtida pela equação do balanço dos momentos, utilizando-se do modelo de equação de energia de um material Neo-Hookiano, com propriedades hiperelásticas. Descreve-se o processo de linearização das funções, necessário para a obtenção da matriz de rigidez em elementos finitos, e prossegue-se para a discretização em elementos finitos utilizando os elementos hexaédricos de oito nós. Para a solução numérica do problema de contato (com e sem atrito) é apresentado o método do Lagrangiano Aumentado. Em seguida é apresentada a formulação para contato nó-superfície. É importante mencionar que nas formulações padrões do contato mecânico, as superfícies de contato são discretizadas por elementos planos, o que resulta na descontinuidade do vetor normal entre as superfícies adjacentes. Neste tipo de abordagem, para que seja possível o deslizamento do nó escravo entre uma superfície mestre e outra adjacente, existe a necessidade de utilizar três tipos de formulações para o contato mecânico, i.e., contato nó-superfície, nó-seguimento e nó-nó. O objetivo desta dissertação é utilizar uma superfície curva e suave, criada a partir da superfície mestre original, que represente as superfícies de contato. Com isto, a direção da normal passa a ser contínua, sendo necessária apenas a formulação do contato com atrito nó-superfície. As superfícies de contato são suavizadas pela superfície B-Spline. Por este motivo, é apresentada a descrição do método da construção da superfície B-Spline para tornar a superfície de contato uma superfície única e suave, eliminando assim, a necessidade da formulação do contato nó-aresta e nó-nó. Ao final do trabalho, são apresentados exemplos numéricos para evidenciar a eficiência e o desempenho da formulação proposta. / This dissertation has as objective to show theoretical background about contact mechanical problems with friction for tridimensional solids, using the B-Spline surface algorithm for surface smoothing. This is based on continuum mechanics. At first, a short descrition of continuum mechanics is presented, as it is the basis for the posterior solid element and contact B-Spline formulation. In a second moment, the virtual work principle in its weak form is shown, where the equilibrium equation is obtained through the balance of momentum, utilizing the energy density equation of a Neo-Hookean hyperelastic material. Afterwards, the linearization process is presented, which is necessary for obtaining the finite element stiffness matrix and, finally, the finite element discretization for the 8 node hexaedrical element is shown. At first a short description of continuum mechanics tensors necessary to the formulation is shown, as well as their relations between themselves. Then the definition for the weak form of solid mechanics, the virtual work principle is shown, where the equilibrium equation is obtained through the balance of momentum, utilizing the energy equation of a Neo-hookean material, with hiperelastic properties. The linearization process is presented, which is necessary for obtaining the finite element stiffness matrix, and then the finite element discretization for the 8 node hexaedrical element is shown. Regarding the numerical solution for the contact problem (with and without friction), the Augmented Lagrangean method is presented. Afterwards, the formulation for node-surface contact is shown. In the standard mechanical contact formulations, the contact surfaces are discretized by adjacent planes, resulting in discontinuity of the normal vector between adjacent surfaces. In the classical approach, to allow the sliding of a slave node over multiple master surfaces, three different contact mechanical formulations are needed, i.e., node-surfarce, node-segment and node-node contact. This work’s objective is to compose a curve and smooth surface to represent the master surface, utilizing the B-Spline surface algorithm. Achieving that, the normal vector direction is continuous, with only the node-surface contact formulation being necessary. The contact surfaces are discretized with a B-Spline surface, and for that reason, the B-Spline curve construction method is shown. At the end of the work, numerical examples are shown to evidence the efficiency and performance of the proposed solution.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-26T13:54:37Z No. of bitstreams: 1 140046.pdf: 1228403 bytes, checksum: 8775a7f11a1f91eecf24fcc074bb02e3 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-26T13:54:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 140046.pdf: 1228403 bytes, checksum: 8775a7f11a1f91eecf24fcc074bb02e3 (MD5) Previous issue date: 1975-09 / CNPq / Um dispositivo experimental foi construído para estudar o fenômeno de sustentação devido a efeito de película comprimida de gás. Uma descrição dos componentes do dispositivo e dos instrumentos necessários para controle e medição é feita. O efeito da película comprimida sobre o movimento de massa sustentada e a capacidade de carga da película foram investigados sob vários parâmetros de operação. / A squeeze bearing experimental device was developed in order to investigate the squeeze film effects. A description is made of the developed components and the necessary instruments for control and measurements. Operation parameters were varied and the effects of suported mass motion and load capacity were analysed.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-03-02T15:36:59Z No. of bitstreams: 1 161213.pdf: 4310854 bytes, checksum: 57d994b5e1da42937523f90f621e9ca4 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-02T15:36:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 161213.pdf: 4310854 bytes, checksum: 57d994b5e1da42937523f90f621e9ca4 (MD5) Previous issue date: 1984-11 / Estuda-se a aplicabilidade da “Função Decrescimento Aleatório” na detecção de falhas em sistemas mecânicos lineares e a sensibilidade desta função ã variação de parâmetros de medição, tais como: posição do acelerômetro, faixa de frequência, nível de seleção, número de amostras, etc. Utiliza-se um sistema contínuo viga engastada – livre com excitação na extremidade, desenvolvendo-se o estudo teórico segundo as teorias de Euler e de Timoshenko, com variação dos parâmetros massa-mola na extremidade livre da viga, analisando-se assim a sensibilidade te6rica dos primeiros modos naturais. Apresenta-se a fundamentação teórica da função de crescimento aleatório, para sistemas a um grau de liberdade e para sistemas contínuos. Finalmente determinam-se experimentalmente, para o sistema viga engastada-livre com excitador na extremidade, Assinaturas Decrescimento Aleatório que indicam o nível de seleção, número e tamanho de amostras e a sensibilidade a variação de falhas, além de aferir a repetibilidade destas assinaturas. / The applicability of the "Random Decrement Function" to the detection of failures in linear mechanical systems is studied together with its sensitivity to the variations of measurement parameter such as, accelerometer position, frequency range, threshold level, number of samples. A continuous system consisting of a cantilever beam excited at its end has been studied. The sensitivity of the first natural modes under variation of the spring-mass characteristics at the end, is obtained, using Euler and Timoshenko theories. The theorectical basis for the Randon Decrement Function is presented to single degree of freedom and continuous systems. Experimentally obtained Random Decrement Signatures for the cantilever beam excited at the end indicate the convenient threshold level, number and size of samples, the sensitivity to failures, and also verify the repeatability of these signatures.

Este trabalho apresenta uma teoria de barras não-linear geometricamente exata, com multi-parâmetros para a representação geral de deslocamentos no plano da seção transversal (distorção) e também fora do plano da seção (empenamento). A formulação apresentada constitui-se em uma extensão de trabalhos anteriores, [1] a [6], [8] e [9], no sentido de que a hipótese de seção rígida (Timoshenko) e a função de empenamento elástico de Saint-Venant foram removidos. Essa abordagem define os esforços internos energeticamente conjugados, atuantes na seção transversal, em função de deformações e tensões generalizadas, baseadas no conceito de vetor diretor da seção transversal. Além da importância prática, o uso do vetor diretor simplifica a formulação das equações de equilíbrio e a imposição das condições de contorno, tanto na forma fraca quanto na forma forte do equilíbrio. Além disso, facilita a obtenção da matriz de rigidez tangente, resultando sempre simétrica pra materiais hiper-elásticos e carregamento externo conservativo, mesmo em situações distantes da condição de equilíbrio. Permite também a introdução de graus de liberdade independentes para descrever tanto os deslocamentos no plano quanto fora do plano da seção transversal. Equações constitutivas tri-dimensionais adequadas para problemas com grandes deslocamentos e grandes deformações podem ser implementadas sem a ocorrência de enrijecimentos espúrios. A formulação é absolutamente geral e sua extensão para materiais inelásticos, em particular materiais elasto-plásticos, é imediata uma vez qua a integração de tensões com carregamentos incrementais está disponível. Rotações finitas são tratadas através da expressão de Euler-Rodrigues em uma abordagem puramente Lagrangeana. Assume-se o eixo reto como configuração de referência da barra, porém, barras inicialmente curvas também podem ser consideradas como configurações de referência deformadas, sem tensões iniciais, obtidas a partir de configurações inicialmente retas [11]. É importante ressaltar que a teoria apresentada permite uma modelagem consistente e precisa de distorções da seção transversal, típicas de perfis metálicos esbeltos dobrados a frio. Acredita-se que esta seja uma das principais contribuições dessa formulação como opção ao uso de modelos de cascas. / The main purpose of this work is to present a fully nonlinear geometrically-exact multi-parameter rod model that incorporates general in-plane cross-sectional changes as well as general out-of-plane cross-sectional warping. The formulation constitutes an extension of the earlier works presented in [1] to [6], [8] and [9], in the sense that the restrictions to a rigid cross-section and to a Saint-Venant-like elastic warping are now removed from the theory. Our approach defines energetically conjugated cross-sectional resultants in terms of generalized stresses and strains, based on the concept of a cross-section director. Besides their practical importance, the use of cross-sectional resultants simplifies the derivation of equilibrium equations and the enforcement of boundary conditions, in either weak or strong senses. In addition, the corresponding tangent bilinear weak form is obtained in a more expedient way, rendering always symmetric for hyperelastic materials and conservative loadings (even far from equilibrium states). Definition of a cross-section director plays a central role in the present model. Accordingly, it allows the introduction of independent degrees-of-freedom to describe both the in-plane cross-sectional changes and the out-of-plane warping. Fully three-dimensional finite strain constitutive equations can therefore be employed with no spurious stiffening. The ideas are general and extension to inelastic rods, in particular to those of elastoplastic materials, is straightforward once a stress integration scheme within a time step is at hand. Finite rotations are treated here by the Euler-Rodrigues formula in a pure Lagrangean framework. We assume a straight reference configuration for the rod axis, but initially curved rods can also be considered if regarded as a stress-free deformed state from the straight position (see [11]). The use of convective non-Cartesian coordinate systems is this way avoided and only components on orthogonal frames are employed. Moreover, initial curvatures that are completely independent of the isoparametric concept are possible to be attained, which can be used even in (for example) straight finite elements. Altogether, the present assumptions allow a consistent basis for the proper representation of profile (distortional) deformations, which are typical of coldformed thin-walled rod structures. We believe this is one of the main features of our formulation, as the use of more complex shell models in order to capture such phenomena becomes unnecessary.

O presente trabalho trata da análise numérica de cascas abatidas com o uso do método dos elementos de contorno (MEC). A formulação é desenvolvida a partir do acoplamento entre as equações integrais para flexão de placas delgadas e para estado plano de tensão. No esquema implementado, os termos sobre o contorno são avaliados a partir de processos analíticos e numéricos de integração. No caso das integrais de domínio, aplica-se um procedimento semi-analítico de cálculo sobre células discretas. A validação do modelo computacional desenvolvido é feita com base em resultados da literatura, obtidos com uso do método dos elementos finitos e dos elementos de contorno, além de soluções analíticas. / The present work deals with the numerical analysis of shallow shells using boundary element method (BEM). The formulation is developed by coupling integral equations of plate bending and plane stress elasticity. In the implemented scheme, the boundary terms are evaluated with analytical and numerical processes of integration. In the case of domain integrals, a semi-analytical calculation procedure is applied on discrete cells. The validation of developed computational model is made with results from other works, obtained by use of BEM or finite element method, besides analytical solutions.

Este trabalho apresenta uma teoria de barras não-linear geometricamente exata, com multi-parâmetros para a representação geral de deslocamentos no plano da seção transversal (distorção) e também fora do plano da seção (empenamento). A formulação apresentada constitui-se em uma extensão de trabalhos anteriores, [1] a [6], [8] e [9], no sentido de que a hipótese de seção rígida (Timoshenko) e a função de empenamento elástico de Saint-Venant foram removidos. Essa abordagem define os esforços internos energeticamente conjugados, atuantes na seção transversal, em função de deformações e tensões generalizadas, baseadas no conceito de vetor diretor da seção transversal. Além da importância prática, o uso do vetor diretor simplifica a formulação das equações de equilíbrio e a imposição das condições de contorno, tanto na forma fraca quanto na forma forte do equilíbrio. Além disso, facilita a obtenção da matriz de rigidez tangente, resultando sempre simétrica pra materiais hiper-elásticos e carregamento externo conservativo, mesmo em situações distantes da condição de equilíbrio. Permite também a introdução de graus de liberdade independentes para descrever tanto os deslocamentos no plano quanto fora do plano da seção transversal. Equações constitutivas tri-dimensionais adequadas para problemas com grandes deslocamentos e grandes deformações podem ser implementadas sem a ocorrência de enrijecimentos espúrios. A formulação é absolutamente geral e sua extensão para materiais inelásticos, em particular materiais elasto-plásticos, é imediata uma vez qua a integração de tensões com carregamentos incrementais está disponível. Rotações finitas são tratadas através da expressão de Euler-Rodrigues em uma abordagem puramente Lagrangeana. Assume-se o eixo reto como configuração de referência da barra, porém, barras inicialmente curvas também podem ser consideradas como configurações de referência deformadas, sem tensões iniciais, obtidas a partir de configurações inicialmente retas [11]. É importante ressaltar que a teoria apresentada permite uma modelagem consistente e precisa de distorções da seção transversal, típicas de perfis metálicos esbeltos dobrados a frio. Acredita-se que esta seja uma das principais contribuições dessa formulação como opção ao uso de modelos de cascas. / The main purpose of this work is to present a fully nonlinear geometrically-exact multi-parameter rod model that incorporates general in-plane cross-sectional changes as well as general out-of-plane cross-sectional warping. The formulation constitutes an extension of the earlier works presented in [1] to [6], [8] and [9], in the sense that the restrictions to a rigid cross-section and to a Saint-Venant-like elastic warping are now removed from the theory. Our approach defines energetically conjugated cross-sectional resultants in terms of generalized stresses and strains, based on the concept of a cross-section director. Besides their practical importance, the use of cross-sectional resultants simplifies the derivation of equilibrium equations and the enforcement of boundary conditions, in either weak or strong senses. In addition, the corresponding tangent bilinear weak form is obtained in a more expedient way, rendering always symmetric for hyperelastic materials and conservative loadings (even far from equilibrium states). Definition of a cross-section director plays a central role in the present model. Accordingly, it allows the introduction of independent degrees-of-freedom to describe both the in-plane cross-sectional changes and the out-of-plane warping. Fully three-dimensional finite strain constitutive equations can therefore be employed with no spurious stiffening. The ideas are general and extension to inelastic rods, in particular to those of elastoplastic materials, is straightforward once a stress integration scheme within a time step is at hand. Finite rotations are treated here by the Euler-Rodrigues formula in a pure Lagrangean framework. We assume a straight reference configuration for the rod axis, but initially curved rods can also be considered if regarded as a stress-free deformed state from the straight position (see [11]). The use of convective non-Cartesian coordinate systems is this way avoided and only components on orthogonal frames are employed. Moreover, initial curvatures that are completely independent of the isoparametric concept are possible to be attained, which can be used even in (for example) straight finite elements. Altogether, the present assumptions allow a consistent basis for the proper representation of profile (distortional) deformations, which are typical of coldformed thin-walled rod structures. We believe this is one of the main features of our formulation, as the use of more complex shell models in order to capture such phenomena becomes unnecessary.

O presente trabalho trata da análise numérica de cascas abatidas com o uso do método dos elementos de contorno (MEC). A formulação é desenvolvida a partir do acoplamento entre as equações integrais para flexão de placas delgadas e para estado plano de tensão. No esquema implementado, os termos sobre o contorno são avaliados a partir de processos analíticos e numéricos de integração. No caso das integrais de domínio, aplica-se um procedimento semi-analítico de cálculo sobre células discretas. A validação do modelo computacional desenvolvido é feita com base em resultados da literatura, obtidos com uso do método dos elementos finitos e dos elementos de contorno, além de soluções analíticas. / The present work deals with the numerical analysis of shallow shells using boundary element method (BEM). The formulation is developed by coupling integral equations of plate bending and plane stress elasticity. In the implemented scheme, the boundary terms are evaluated with analytical and numerical processes of integration. In the case of domain integrals, a semi-analytical calculation procedure is applied on discrete cells. The validation of developed computational model is made with results from other works, obtained by use of BEM or finite element method, besides analytical solutions.