Orientador: José Mario De Martino / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-18T22:55:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_RodrigoMologniGoncalvesdos_M.pdf: 13617752 bytes, checksum: 7a0f3cc2f97bbc5f0bb170014d19861b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nas últimas décadas, o estudo dos fenômenos de propagação de ondas mecânicas e de suas conseqüências tem recebido crescente atenção de grupos de pesquisa de variados ramos da engenharia, sobretudo daqueles dedicados ao desenvolvimento de métodos computacionais para resolução de problemas complexos na área da Mecânica dos Meios Contínuos (MMC). Os métodos computacionais desenvolvidos por estes grupos geralmente são constituídos de modelagem matemática e simulação computacional de problemas físicos, que substituem a necessidade do uso de protótipos ou infraestrutura de laboratórios, mas que em contrapartida produzem uma volumosa quantidade de dados numéricos que pode dificultar ou inviabilizar uma análise mais eficiente dos resultados sem o suporte de técnicas específicas para o mapeamento destes dados em representações visuais. Esta dissertação apresenta um trabalho científico-tecnológico na área de Visualização Científica, cujas técnicas foram empregadas em MMC para a visualização dos fenômenos de propagação de ondas mecânicas, especificamente em meios materiais sólidos. Os objetivos principais do trabalho foram possibilitar que os especialistas pudessem validar mais rapidamente os seus métodos computacionais voltados ao estudo dos fenômenos de propagação de ondas mecânicas e, principalmente, que eles pudessem entender com mais facilidade os resultados gerados pela simulação computacional, ampliando assim a eficiência da análise de problemas complexos. Os estudos de casos realizados e apresentados no trabalho permitem afirmar que estes objetivos foram alcançados e os resultados foram satisfatórios. As principais contribuições deste trabalho são: identificação de um conjunto de informações derivadas dos dados brutos gerados pela simulação computacional que podem ser empregados para análise dos fenômenos de propagação de ondas mecânicas; metodologias e respectivas formulações matemáticas para cálculo destas informações; desenvolvimento de um protótipo de ambiente de visualização dos dados que descrevem o comportamento das ondas mecânicas; e estudo e definição de diretrizes de como as técnicas de visualização de dados escalares e vetoriais podem ser aplicadas para favorecer a análise das informações disponíveis. É importante observar que o trabalho é limitado à visualização de ondas mecânicas bi ou tridimensionais geradas sobre grades de dimensão bidimensional / Abstract: In recent decades, the study of the mechanical wave propagation phenomena and their consequences has been receiving increasing attention from research groups in engineering, principally those dedicated to the development of computational methods for solving complex problems in the area of Continuum Mechanics (CM). The computational methods developed by these groups usually consist of mathematical modeling and computer simulation of physical problems, which replace the need for prototypes or laboratory infrastructure. But in opposition, produces a large amount of numerical data that can hinder a more efficient analysis of the results without the support of specific techniques for mapping these data into visual representations. This master's dissertation presents a scientific-technological work in the area of Scientific Visualization, whose techniques were applied in the area of CM for visualization of the mechanical wave propagation phenomena, specifically in solid material media. The main objectives of the work were to allow MCM experts to validate more quickly their computational methods for the study of the mechanical wave propagation phenomena and, especially, that they could more easily understand the results generated by computer simulation, increasing the efficiency of analysis of complex problems. The case studies analyzed and presented in the dissertation allow to state that these objectives were attained and the results were satisfactory. The main contributions of the work are: identification of a set of implicit information, derived from raw data generated by computer simulation, that can be used to analyze the mechanical wave propagation phenomena; methodologies and their mathematical formulations to calculate these information; development of a visualization environment prototype of the data that describe the behavior of mechanical waves; and study and guideline definition of how to apply the visualization techniques of scalar and vector data for expand the analysis the available information. It is important to mention that the work is limited to visualization of two or three-dimensional mechanical waves generated on two-dimensional grids / Mestrado / Engenharia de Computação / Mestre em Engenharia Elétrica

This study presents an aeroelastic analysis including the servomechanism transfer functions. The aeroelastic (flutter) behavior of the dynamic structure is analyzed when a feedback control is introduced. A structural dynamic model is elaborated together with an aerodynamic model in order to obtain the aeroelastic model. A feedback control model was then implemented in the aeroelastic model to obtain the servomechanism model that is the focus of the analysis. A parametric study was made to analyze the behavior of the aeroelastic model with the feedback control. This parametric study consists in the variation of the parameters (gains of the transfer functions), which compound the feedback control model, and for each variation, a stability analysis (flutter analysis) was made and the results were plotted in the "v-g-f" graphs for obtaining the stability boundaries. From these graphs the stability tendencies with the introduction of the control system in the analysis could be determined.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-26T12:54:53Z No. of bitstreams: 1 pemufrj1980mscpiusparavidinodemacedosoares.pdf: 627833 bytes, checksum: 2a5db83d120782b333963554ff6acd7d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-26T12:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pemufrj1980mscpiusparavidinodemacedosoares.pdf: 627833 bytes, checksum: 2a5db83d120782b333963554ff6acd7d (MD5) Previous issue date: 1980-06 / As equações de Lagrange para o movimento dos sistemas de corpos rígidos são obtidas diretamente a partir das leis do movimento de um corpo rígido, sem se estudar inicialmente os sistemas com número finito de partículas. Neste processo, deixa-se claro o status de lei da evolução do momento cinético para o desenvolvimento da teoria. Obtém-se a equação de Euler para o movimento de um corpo rígido com um ponto fixo a partir das equações de Lagrange, sem que para isto sejam utilizados os ângulos de Euler. E se fornece uma prova elementar da descrição do campo de velocidades de um corpo rígido movendo-se com um ponto fixo. / The Lagrange's equations for systems of rigid bodies are obtained directly from the laws of motion for a rigid body, without the preliminary study of systems with a finite number of parti eles. ln doing so, the role of the evolution law for the angular momentum is made clear for the development of the theory. We obtain Euler's equation for a rigid body with a fixed point from Lagrange's equations, without using Euler's angles. And an elementary proof for the velocity field of a rigid body moving with a fixed point is presented.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / In the last few decades, the application of optimization in engineering problems has grown considerably. There are various optimization methods and the performance of each one depends on the type of problem considered. The natural methods, which are based on probabilistic rules, have been widely studied. The purpose of this work is to present a detailed study of the natural optimization method called Differential Evolution and its strategies. A theoretical formulation is presented. In this work, a revision of Genetic Algorithms and Simulated Annealing is made. These techniques are employed to compare their results to those obtained with Differential Evolution. Classic mathematical functions and some problems of engineering are used in order to verify the efficiency of the studied technique. The Differential Evolution is applied with effectiveness in multi-objective optimization problems with and without the presence of constraints including two complex robotic problems. / Nas últimas décadas, a aplicação de otimização em problemas de engenharia tem crescido consideravelmente. Existem muitos métodos de otimização e o desempenho de cada um deles depende do tipo de problema considerado. Os métodos naturais, que se baseiam em regras probabilísticas, têm sido amplamente estudados. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo detalhado do método de otimização natural denominado Evolução Diferencial e suas estratégias, apresentando sua fundamentação teórica. Neste trabalho é realizada uma revisão de Algoritmos Genéticos e Recozimento Simulado. Estas técnicas são utilizadas para comparar os resultados por elas obtidos com os calculados aplicando Evolução Diferencial. Para verificar a eficiência do método estudado, são utilizados funções matemáticas clássicas e alguns problemas de engenharia. A Evolução Diferencial é aplicada com eficiência em problemas de otimização multi-objetivo, na presença ou não de restrições, incluindo dois problemas complexos em robótica. / Mestre em Engenharia Mecânica

The determination of the dynamic parameters of great or complex structures can be made using modal synthesis methods subdividing the complete structure in substructures. The employment of this method may be done by using analytical or experimental procedures. Generally speaking, poor eigenvalues and eigenvectors may be identified using experimental modal synthesis methods due to a normalization deficient process of the modal bases and to the low orthogonality condition of the identified bases. The contribution of this current work is about the improvement of the great or complex structures dynamic identification process by using the experimental modal synthesis method. The basis of this research methodology is the SMFR (Modal Synthesis with Residual Flexibilities) method and an identification of the physical matrices of the system by using the experimental FRF (Frequency Response Function), called ACS (Simultaneous Curve Fitting) method. These matrices contribute to the improvement of the orthogonality conditions and normalization of the experimental modal bases. Simultaneously, two new methods (CSME and CSMF) for the automatic choice of the used substructures modal bases in the modal synthesis process have been developed. The validation procedures of these methodologies were developed by using examples of numerical simulation and experimental models. Using CSMF method, it was possible to improve the modal choice process, automatizing and minimizing the interference of the user in the modal synthesis method. In the case of experimental data with high level noise, the recommended is the iterative method. / A determinação dos parâmetros dinâmicos de estruturas grandes ou complexas pode ser feita utilizando métodos de síntese modal subdividindo a estrutura completa em subestruturas. A aplicação deste método pode ser feita utilizando formulações analítica ou experimental. Em geral, autovalores e autovetores imprecisos podem ser identificados utilizando métodos experimentais de síntese modal devido a um processo deficiente de normalização das bases modais e a condição de baixa ortogonalidade das bases identificadas. Este trabalho contribui para a melhoria do processo de identificação dinâmica de estruturas grandes ou complexas utilizando o método síntese modal experimental. A formulação utiliza como base o método SMFR (Síntese Modal com Flexibilidades Residuais) e um método de identificação das matrizes físicas do sistema usando as FRF (Função de Resposta em Freqüência) experimentais, denominado método ACS. Através dessas matrizes é possível melhorar as condições de ortogonalidade e de normalização das bases modais experimentais. Paralelamente, foram desenvolvidos dois novos métodos (CSME e CSMF) para a escolha automática das bases modais das subestruturas usadas no processo de síntese modal. As metodologias foram validadas através de exemplos de simulação numérica e modelos experimentais. Utilizando o método CSMF foi possível melhorar o processo de escolha modal, automatizando e minimizando a interferência do usuário no método de síntese modal. Através das metodologias analisadas para melhorar o processo de síntese modal experimental, recomenda-se utilizar o método iterativo quando forem utilizados dados experimentais com alto nível de ruído. / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Auteliano Antunes dos Santos Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T23:11:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FranciscodeCarvalho_M.pdf: 2597661 bytes, checksum: 7a02462088e7914e422081012b449048 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este trabalho propõe um modelo numérico de contato roda-trilho, baseado no método dos elementos finitos, para estimar a vida em fadiga até o surgimento da trinca, e quanto à falha por escamação, de uma roda ferroviária classe C de um vagão de carga de uma ferrovia nacional, de Serra dos Carajás. O modelo tem como principal contribuição à abordagem elastoplástica juntamente com a inclusão das tensões residuais provenientes do tratamento térmico do processo de fabricação da roda. O modelo de elementos finitos utilizou técnicas de submodelagem, tanto na determinação no campo de tensões residuais de fabricação, quanto no de contato roda-trilho. Para efeito de comparação, determinaram-se as tensões e deformações também com um modelo semi-analítico elástico, baseado na teoria de Hertz, além de um modelo numérico elastoplástico sem tensões residuais de fabricação. A vida foi determinada através de dois critérios de fadiga, que incorporam a influencia das tensões hidrostáticas e planos críticos. O critério de alto ciclo de Dang Van foi modificado para adaptar-se ao problema de dois corpos em contato. O outro critério utilizado foi o de Fatemi¿Socie, baseado em deformações cisalhantes. O número de ciclos encontrado para o início da trinca foi então corrigido de acordo com uma distribuição normal estatística da posição lateral do ponto de contato. O trabalho mostrou que as tensões residuais, benéficas para a propagação de trincas, reduzem a vida até o surgimento destas / Abstract: This work proposes a wheel-rail contact model based on finite element method to estimate the fatigue life to shelling, until the beginning of the crack of a railroad wheel class C of a heavyhull Brazilian railroad from Serra dos Carajás. The main contribution of this work is the elastoplastic approach with the inclusion of the residual stress generated by the heat treatment of the wheel manufacture process. Submodeling techniques were used to determinate the residual stresses from manufacture process and the contact stresses. Aiming the comparison, the wheelrail contact stresses was calculated using an analytic model, based on Hertz theory, and a numeric model (FEM) without residual stress from the manufactured process. The fatigue life was calculated using two criterions based on critical planes and hydrostatic stresses. The high cycle fatigue criterion from Dang Van was adapted to be used in contact problems. The other one was the Fatemi¿Socie criterion, based on shear strains. The number of cycles until the arising of the fatigue crack was correct using a statistical normal distribution of the lateral position of the contact point. This work shows that the residual stress generated by the manufacture process, which prevents the crack propagation, reduces the fatigue life until the arising of the crack / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Partition of Unity (PU) concept and inspired on both the Partition of Unity Method (PUM) and the hp-Cloud method. According to the GFEM, the PU is provided by first-degree Lagragian interpolation functions, defined over a mesh of elements similar to the Finite Element Method (FEM) meshes. In fact, the GFEM can be considered an extension of the FEM to which enrichment functions can be applied in specific regions of the problem domain to improve the solution. This technique has been successfully employed to solve problems presenting discontinuities and singularities, like those that arise in Fracture Mechanics. However, most publications on the method are related to linear analyses. The present thesis is a contribution to the few studies of nonlinear analyses of Solid Mechanics by means of the GFEM. One of its main topics is the derivation of a segment-to-segment generalized contact element based on the mortar method. Material and kinematic nonlinear phenomena are also considered in the numerical models. An Object-Oriented design was developed for the implementation of a GFEM nonlinear analyses framework written in Python programming language. The results validated the formulation and demonstrate the gains and possible drawbacks observed for the GFEM nonlinear approach. / O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é um método numérico baseado no conceito de partição da unidade (PU) e inspirado no Método da Partição da Unidade (MPU) e o método das Nuvens-hp. De acordo com o MEFG, a PU é obtida por meio de funções de interpolação Lagragianas de primeiro grau, definidas sobre uma rede de elementos similar àquela do Método dos Elementos Finitos (MEF). De fato, o MEFG pode ser considerado uma extensão do MEF para a qual se pode aplicar enriquecimentos em regiões específicas do domínio, buscando melhorias na solução. Esta técnica já foi aplicada com sucesso em problemas com descontinuidades e singularidades, como os originários da Mecânica da Fratura. Apesar disso, a maioria das publicações sobre o método está relacionada a análises lineares. A presente tese é uma contribuição aos poucos estudos relacionados a análises não-lineares de Mecânica dos Sólidos por meio do MEFG. Um de seus principais tópicos é o desenvolvimento de um elemento de contato generalizado do tipo segmento a segmento baseado no método mortar. Fenômenos não lineares devidos ao material e à cinemática também são considerados nos modelos numéricos. Um projeto de orientação a objetos para a implementação de uma plataforma de análises não-lineares foi desenvolvido, escrito em linguagem de programação Python. Os resultados validam a formulação e demonstram os ganhos e possíveis desvantagens da abordagem a problemas não lineares por meio do MEFG.

The Generalized Finite Element Method (GFEM) is a numerical method based on the Partition of Unity (PU) concept and inspired on both the Partition of Unity Method (PUM) and the hp-Cloud method. According to the GFEM, the PU is provided by first-degree Lagragian interpolation functions, defined over a mesh of elements similar to the Finite Element Method (FEM) meshes. In fact, the GFEM can be considered an extension of the FEM to which enrichment functions can be applied in specific regions of the problem domain to improve the solution. This technique has been successfully employed to solve problems presenting discontinuities and singularities, like those that arise in Fracture Mechanics. However, most publications on the method are related to linear analyses. The present thesis is a contribution to the few studies of nonlinear analyses of Solid Mechanics by means of the GFEM. One of its main topics is the derivation of a segment-to-segment generalized contact element based on the mortar method. Material and kinematic nonlinear phenomena are also considered in the numerical models. An Object-Oriented design was developed for the implementation of a GFEM nonlinear analyses framework written in Python programming language. The results validated the formulation and demonstrate the gains and possible drawbacks observed for the GFEM nonlinear approach. / O Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) é um método numérico baseado no conceito de partição da unidade (PU) e inspirado no Método da Partição da Unidade (MPU) e o método das Nuvens-hp. De acordo com o MEFG, a PU é obtida por meio de funções de interpolação Lagragianas de primeiro grau, definidas sobre uma rede de elementos similar àquela do Método dos Elementos Finitos (MEF). De fato, o MEFG pode ser considerado uma extensão do MEF para a qual se pode aplicar enriquecimentos em regiões específicas do domínio, buscando melhorias na solução. Esta técnica já foi aplicada com sucesso em problemas com descontinuidades e singularidades, como os originários da Mecânica da Fratura. Apesar disso, a maioria das publicações sobre o método está relacionada a análises lineares. A presente tese é uma contribuição aos poucos estudos relacionados a análises não-lineares de Mecânica dos Sólidos por meio do MEFG. Um de seus principais tópicos é o desenvolvimento de um elemento de contato generalizado do tipo segmento a segmento baseado no método mortar. Fenômenos não lineares devidos ao material e à cinemática também são considerados nos modelos numéricos. Um projeto de orientação a objetos para a implementação de uma plataforma de análises não-lineares foi desenvolvido, escrito em linguagem de programação Python. Os resultados validam a formulação e demonstram os ganhos e possíveis desvantagens da abordagem a problemas não lineares por meio do MEFG.