CAPES / Materiais compósitos laminados são utilizados em diversos setores da indústria, principalmente nas áreas automobilística de competição e aeroespacial, pois apresentam relações resistência-peso e rigidez-peso muito superiores aos materiais metálicos em geral. Estruturas fabricadas a partir desses materiais são normalmente finas e, consequentemente, estão sujeitas à flambagem. Requisitos tradicionais de projeto normalmente levam em conta a flambagem mas, para alguns casos, o projeto é conservador, visto que a estrutura pode ainda ser funcional no regime de pósflambagem. Entretanto, o comportamento nesse regime é não-linear, além da dificuldade de se estimar quando ocorre a falha da estrutura, o que torna a análise mais complexa e onerosa em relação à uma análise de flambagem linear. Nesse contexto está inserido o presente trabalho, que visa encontrar as orientações das fibras que maximizam as cargas de flambagem e de pós-flambagem de estruturas compósitas, usando no processo de otimização metamodelos para aliviar o custo computacional. Duas técnicas de metamodelagem são utilizadas e testadas: redes neurais artificiais e regressão de vetores de suporte, com ênfase para a última. Em combinação com os metamodelos são empregadas duas metaheurísticas de otimização desenvolvidas recentemente: o algoritmo harmony search e o algoritmo de vaga-lumes. Vários problemas com diferentes níveis de dificuldade são apresentados e discutidos. Os melhores resultados de otimização foram obtidos com o algoritmo de vaga-lumes associado ao metamodelo de regressão de vetores de suporte, mostrando que tais técnicas são promissoras na solução dessa classe de problemas. Como uma das principais contribuições desta tese tem-se a adaptação/implementação da técnica de regressão de vetores de suporte para problemas de empilhamento de lâminas em estruturas compósitas, particularmente na otimização em flambagem e pósflambagem. Além disso, foram realizados avanços na modelagem do comportamento e da otimização em pós-flambagem com a utilização de critérios de falha e de dano para compósitos. / Laminated composite materials are applied in many industrial sectors, particularly in competition automotive and aerospace fields, since they have strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios much higher than the metals in general. Structures made by these materials are usually thin and hence they are subject to buckling. Traditional design requirements usually take into account the buckling, but in some cases the design is conservative since the structure can still be functional in the postbuckling regime. However, the behavior in this regime is nonlinear, in addition of being difficult to evaluate when the failure of the structure takes place, which makes the analysis more complex and computational expensive if compared to a linear buckling analysis. Within this context this work is inserted, which aims to find the orientations of the fibers that maximize the buckling and postbuckling load of composite structures using metamodels in the optimization process to alleviate the computational cost. Two metamodeling techniques are used and tested: artificial neural networks and support vector regression, with emphasis on the latter. In combination with the metamodels, two recently developed metaheuristics, the harmony search algorithm and the firefly algorithm, are employed. Several problems, with different levels of difficulty, are presented and discussed. The best optimization results were obtained with the firefly algorithm associated with the support vector regression metamodel, showing that these techniques are promising to solve this class of problems. One of the main contributions of this thesis is the adaptation/implementation of support vector regression for layup orientation sequence problems of composite structures, in particular for buckling and postbuckling optimizations. Moreover, advances were made in the modeling of the behavior and optimization in postbuckling regime using failure and damage criteria for composites.

No presente trabalho é apresentada a modelagem e solução numérica da convecção mista em cavidade aquecida por baixo com o topo deslizante, preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo. Na abordagem heterogênea, o domínio do sólido é representado por blocos condutores de calor igualmente espaçados; a fase fluido circunda os blocos, limitada pelas paredes da cavidade. A abordagem homogênea ou poro-contínua é caracterizada através da porosidade e da permeabilidade da cavidade. As equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia são obtidas, adimensionalizadas e generalizadas de modo a representarem tanto o modelo contínuo quanto o poro-contínuo. A solução numérica é obtida através do método dos volumes finitos. As equações são discretizadas via esquema QUICK e é utilizado o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão - velocidade. Visando o regime laminar, os parâmetros do escoamento são mantidos no intervalo de 102≤Re≤103 e 103≤Ra≤106 tanto para a abordagem heterogênea, quanto para a homogênea. Nas configurações testadas para o modelo contínuo, 9, 16, 36 e 64 blocos são considerados para cada combinação de Re e Ra e a porosidade microscópica é mantida constante φ=0,64 . No modelo poro-contínuo o número de Darcy (Da) é definido em função do número de blocos da cavidade heterogênea e da porosidade φ. Resultados numéricos do estudo comparativo entre a abordagem microscópica e a macroscópica são apresentados. Como resultado, correlações para o Nusselt médio para os modelos contínuo e poro-contínuo são obtidas em função do Ra modificado para cada Re. / In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.

Equipamentos utilizados na produção offshore de petróleo estão sujeitos a danos severos devido à exposição a compostos corrosivos presentes no fluido produzido. Por isso, materiais resistentes à corrosão, como a superliga à base de níquel UNS N06625 (Inconel® 625), são usados em áreas de passagem de fluido de produção. Entretanto, o elevado custo desta liga restringe sua utilização em todo o equipamento. Como solução para este problema são produzidos equipamentos com materiais de menor custo e revestidos com a liga mais nobre. Para esses revestimentos o processo de soldagem TIG alimentado duplo arame quente é tido opção por produzir soldas com qualidade e produtividade. O objetivo desse trabalho foi determinar a influência da corrente média (Im), velocidade de soldagem (Vs), velocidade de alimentação (Va), corrente do material de adição (Ia) e composição do gás de proteção (Gs) sobre a diluição (D), penetração (P), largura (L) e reforço (R) dos cordões de solda depositados pelo processo de soldagem TIG alimentado duplo arame quente sobre um aço AISI/SAE 4130. Para essa análise foi utilizado um planejamento DOE (Design of Experiments) composto central com cinco fatores totalizando trinta e duas (32) condições de aplicação dos cordões. Medições de áreas e dimensões de largura, penetração e reforço foram realizadas nas seções transversais dos cordões depositados utilizando-se um estereoscópio e software de análise de imagens. Além disso, análises dos elementos químicos, nessas seções, foram realizadas utilizando-se espectrometria de energia dispersiva, para determinar o teor do elemento Fe e, por consequência, a diluição. Para a análise do comportamento das variáveis e determinação de um modelo empírico utilizou-se a metodologia de superfície de resposta (RSM – Response Surface Methodology). Verificou-se que todas as variáveis influenciaram na diluição, e com o modelo adotado foi possível obter valores de diluição mínima de 6,37%. Adicionalmente, foram determinadas penetração na faixa 0,37 a 2,16 mm, largura na faixa de 8,09 a 10,04 mm e reforço entre 1,93 a 3,16 mm. / Equipment used in offshore oil production are subject to severe damage due toexposure to corrosive compounds present in the produced fluid. Therefore, corrosion resistant materials such as nickel base super alloy UNS N06625 (Inconel® 625), are used in the production fluid passage areas. However, the high cost of this alloy limits its use in all equipment. As a solution to this problem equipment with lower cost materials, overlaid with the noblest alloy, are manufactured. For these overlays the TIG twin hot wire welding process is seen as an option for generate quality weld with productivity. So the aim of this study is to determine the influence of the average current (Im), welding speed (Vs), feed rate (Va), filler material current (Ia) and shielding gas composition (Gs) on the dilution (D), penetration (P), width (W) and reinforcement (R) of the weld beads deposited by TIG twin hot wire welding process on steel AISI / SAE 4130. For this analysis it was used a DOE (Design of) central composite five factors planning totalling thirty-two (32) deposition conditions of weld beads. Using a stereoscopic and image analysis software, measurements of areas and dimensions of width, penetration and reinforcement were made in cross sections of the deposited beads. Furthermore, analysis of the chemical elements in these sections were performed using energy dispersive spectrometry to determine the content of Fe element and hence the dilution. To analyse the behaviour of variables and determine an empirical model, the response surface methodology (RSM - Response Surface Methodology) was used. It was found that all variables influence the dilution, and for the adopted model the minimal dilution obtained was 6.37%. In addition, It was obtained penetration between 0.37 and 2.16 mm, width ranging from 8.09 to 10.04 mm and reinforcement between 1.93 to 3.16 mm.

CAPES / Materiais compósitos laminados são utilizados em diversos setores da indústria, principalmente nas áreas automobilística de competição e aeroespacial, pois apresentam relações resistência-peso e rigidez-peso muito superiores aos materiais metálicos em geral. Estruturas fabricadas a partir desses materiais são normalmente finas e, consequentemente, estão sujeitas à flambagem. Requisitos tradicionais de projeto normalmente levam em conta a flambagem mas, para alguns casos, o projeto é conservador, visto que a estrutura pode ainda ser funcional no regime de pósflambagem. Entretanto, o comportamento nesse regime é não-linear, além da dificuldade de se estimar quando ocorre a falha da estrutura, o que torna a análise mais complexa e onerosa em relação à uma análise de flambagem linear. Nesse contexto está inserido o presente trabalho, que visa encontrar as orientações das fibras que maximizam as cargas de flambagem e de pós-flambagem de estruturas compósitas, usando no processo de otimização metamodelos para aliviar o custo computacional. Duas técnicas de metamodelagem são utilizadas e testadas: redes neurais artificiais e regressão de vetores de suporte, com ênfase para a última. Em combinação com os metamodelos são empregadas duas metaheurísticas de otimização desenvolvidas recentemente: o algoritmo harmony search e o algoritmo de vaga-lumes. Vários problemas com diferentes níveis de dificuldade são apresentados e discutidos. Os melhores resultados de otimização foram obtidos com o algoritmo de vaga-lumes associado ao metamodelo de regressão de vetores de suporte, mostrando que tais técnicas são promissoras na solução dessa classe de problemas. Como uma das principais contribuições desta tese tem-se a adaptação/implementação da técnica de regressão de vetores de suporte para problemas de empilhamento de lâminas em estruturas compósitas, particularmente na otimização em flambagem e pósflambagem. Além disso, foram realizados avanços na modelagem do comportamento e da otimização em pós-flambagem com a utilização de critérios de falha e de dano para compósitos. / Laminated composite materials are applied in many industrial sectors, particularly in competition automotive and aerospace fields, since they have strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios much higher than the metals in general. Structures made by these materials are usually thin and hence they are subject to buckling. Traditional design requirements usually take into account the buckling, but in some cases the design is conservative since the structure can still be functional in the postbuckling regime. However, the behavior in this regime is nonlinear, in addition of being difficult to evaluate when the failure of the structure takes place, which makes the analysis more complex and computational expensive if compared to a linear buckling analysis. Within this context this work is inserted, which aims to find the orientations of the fibers that maximize the buckling and postbuckling load of composite structures using metamodels in the optimization process to alleviate the computational cost. Two metamodeling techniques are used and tested: artificial neural networks and support vector regression, with emphasis on the latter. In combination with the metamodels, two recently developed metaheuristics, the harmony search algorithm and the firefly algorithm, are employed. Several problems, with different levels of difficulty, are presented and discussed. The best optimization results were obtained with the firefly algorithm associated with the support vector regression metamodel, showing that these techniques are promising to solve this class of problems. One of the main contributions of this thesis is the adaptation/implementation of support vector regression for layup orientation sequence problems of composite structures, in particular for buckling and postbuckling optimizations. Moreover, advances were made in the modeling of the behavior and optimization in postbuckling regime using failure and damage criteria for composites.

No presente trabalho é apresentada a modelagem e solução numérica da convecção mista em cavidade aquecida por baixo com o topo deslizante, preenchida com meio poroso heterogêneo e homogêneo. Na abordagem heterogênea, o domínio do sólido é representado por blocos condutores de calor igualmente espaçados; a fase fluido circunda os blocos, limitada pelas paredes da cavidade. A abordagem homogênea ou poro-contínua é caracterizada através da porosidade e da permeabilidade da cavidade. As equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia são obtidas, adimensionalizadas e generalizadas de modo a representarem tanto o modelo contínuo quanto o poro-contínuo. A solução numérica é obtida através do método dos volumes finitos. As equações são discretizadas via esquema QUICK e é utilizado o algoritmo SIMPLE para o acoplamento pressão - velocidade. Visando o regime laminar, os parâmetros do escoamento são mantidos no intervalo de 102≤Re≤103 e 103≤Ra≤106 tanto para a abordagem heterogênea, quanto para a homogênea. Nas configurações testadas para o modelo contínuo, 9, 16, 36 e 64 blocos são considerados para cada combinação de Re e Ra e a porosidade microscópica é mantida constante φ=0,64 . No modelo poro-contínuo o número de Darcy (Da) é definido em função do número de blocos da cavidade heterogênea e da porosidade φ. Resultados numéricos do estudo comparativo entre a abordagem microscópica e a macroscópica são apresentados. Como resultado, correlações para o Nusselt médio para os modelos contínuo e poro-contínuo são obtidas em função do Ra modificado para cada Re. / In this work is presented mixed convection heat transfer inside a lid-driven cavity heated from below and filled with heterogeneous and homogeneous porous medium. In the heterogeneous approach, the solid domain is represented by heat conductive equally spaced blocks; the fluid phase surrounds the blocks being limited by the cavity walls. The homogeneous or pore-continuum approach is characterized by the cavity porosity and permeability. Generalized mass, momentum and energy conservation equations are obtained in dimensionless form to represent both the continuum and the pore-continuum models. The numerical solution is obtained via the finite volume method. QUICK interpolation scheme is set for numerical treatment of the advection terms and SIMPLE algorithm is applied for pressure-velocity coupling. Aiming the laminar regime, the flow parameters are kept in the range of 102≤Re≤103 and 103≤Ra≤106 for both the heterogeneous and homogeneous approaches. In the tested configurations for the continuous model, 9, 16, 36, and 64 blocks are considered for each combination of Re and Ra being the microscopic porosity set as constant φ=0,64 . For the pore-continuum model the Darcy number (Da) is set according to the number of blocks in the heterogeneous cavity and the φ. Numerical results of the comparative study between the microscopic and macroscopic approaches are presented. As a result, average Nusselt number equations for the continuum and the pore continuum models as a function of Ra and Re are obtained.

Equipamentos utilizados na produção offshore de petróleo estão sujeitos a danos severos devido à exposição a compostos corrosivos presentes no fluido produzido. Por isso, materiais resistentes à corrosão, como a superliga à base de níquel UNS N06625 (Inconel® 625), são usados em áreas de passagem de fluido de produção. Entretanto, o elevado custo desta liga restringe sua utilização em todo o equipamento. Como solução para este problema são produzidos equipamentos com materiais de menor custo e revestidos com a liga mais nobre. Para esses revestimentos o processo de soldagem TIG alimentado duplo arame quente é tido opção por produzir soldas com qualidade e produtividade. O objetivo desse trabalho foi determinar a influência da corrente média (Im), velocidade de soldagem (Vs), velocidade de alimentação (Va), corrente do material de adição (Ia) e composição do gás de proteção (Gs) sobre a diluição (D), penetração (P), largura (L) e reforço (R) dos cordões de solda depositados pelo processo de soldagem TIG alimentado duplo arame quente sobre um aço AISI/SAE 4130. Para essa análise foi utilizado um planejamento DOE (Design of Experiments) composto central com cinco fatores totalizando trinta e duas (32) condições de aplicação dos cordões. Medições de áreas e dimensões de largura, penetração e reforço foram realizadas nas seções transversais dos cordões depositados utilizando-se um estereoscópio e software de análise de imagens. Além disso, análises dos elementos químicos, nessas seções, foram realizadas utilizando-se espectrometria de energia dispersiva, para determinar o teor do elemento Fe e, por consequência, a diluição. Para a análise do comportamento das variáveis e determinação de um modelo empírico utilizou-se a metodologia de superfície de resposta (RSM – Response Surface Methodology). Verificou-se que todas as variáveis influenciaram na diluição, e com o modelo adotado foi possível obter valores de diluição mínima de 6,37%. Adicionalmente, foram determinadas penetração na faixa 0,37 a 2,16 mm, largura na faixa de 8,09 a 10,04 mm e reforço entre 1,93 a 3,16 mm. / Equipment used in offshore oil production are subject to severe damage due toexposure to corrosive compounds present in the produced fluid. Therefore, corrosion resistant materials such as nickel base super alloy UNS N06625 (Inconel® 625), are used in the production fluid passage areas. However, the high cost of this alloy limits its use in all equipment. As a solution to this problem equipment with lower cost materials, overlaid with the noblest alloy, are manufactured. For these overlays the TIG twin hot wire welding process is seen as an option for generate quality weld with productivity. So the aim of this study is to determine the influence of the average current (Im), welding speed (Vs), feed rate (Va), filler material current (Ia) and shielding gas composition (Gs) on the dilution (D), penetration (P), width (W) and reinforcement (R) of the weld beads deposited by TIG twin hot wire welding process on steel AISI / SAE 4130. For this analysis it was used a DOE (Design of) central composite five factors planning totalling thirty-two (32) deposition conditions of weld beads. Using a stereoscopic and image analysis software, measurements of areas and dimensions of width, penetration and reinforcement were made in cross sections of the deposited beads. Furthermore, analysis of the chemical elements in these sections were performed using energy dispersive spectrometry to determine the content of Fe element and hence the dilution. To analyse the behaviour of variables and determine an empirical model, the response surface methodology (RSM - Response Surface Methodology) was used. It was found that all variables influence the dilution, and for the adopted model the minimal dilution obtained was 6.37%. In addition, It was obtained penetration between 0.37 and 2.16 mm, width ranging from 8.09 to 10.04 mm and reinforcement between 1.93 to 3.16 mm.

Neste trabalho foram desenvolvidas as funções de interpolação com regularidades C1 e C2, utilizando o Método da Partição de Unidade, referentes ao elemento quadrilateral de quatro nós. Estes elementos quadrilaterais Hermitianos de regularidade C1 e C2 foram implementados em uma plataforma própria de elementos finitos, considerando uma estratégia do tipo sub-paramétrica. De forma comparativa com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 e diferentes ordens polinomiais, os elementos de regularidade C1 e C2 foram aplicados na solução de: problemas clássicos de elasticidade plana infinitesimal isotrópica; aproximação das frequências naturais de vibração livre de barras e viga; pro- pagação de onda elástica em barra devido à aplicação de força impulsiva. Os resultados obtidos mostraram que foi possível se obter um maior percentual de frequências naturais aproximadas do espectro discreto, dado um certo nível de erro máximo, com os elementos de regularidade C1 e C2 em comparação com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro, oito, dezesseis e vinte e cinco nós. Quanto ao problema de propagação de onda elástica devido à aplicação de força impulsiva, as soluções obtidas com os elementos de regularidade C1 e C2 também apresentaram-se satisfatórias em relação à solução ana- lítica e às soluções aproximadas obtidas com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro e oito nós. Por outro lado, nas simulações dos problemas de elasticidade plana infinitesimal isotrópica, os elementos de regularidade C1 e C2 não apresentaram um comportamento satisfatório. Os erros relativos em normas L2 e de energia da solução aproximada foram maiores do que aqueles obtidos com o elemento Lagrangeano de regularidade C0 de oito nós, por exemplo, e as taxas de convergência em norma de energia obtidas com tais elementos foram inferiores às preditas pelo estimador de erro a priori. / In this work the shape functions with regularity C1 e C2 were developed, by means of the Partition of Unity Method, concerning to the four-node quadrilateral element. These Hermitian quadrilateral elements with regularity C1 e C2 were implemented in an own platform of finite elements, considering the subparametric strategy. Comparatively with the C 0 regularity Lagrangian elements of different polynomial order, C1 and C2 regularity elements were applied in simulations of: classical isotropic infinitesimal plane elasticity problems; approximation of natural frequencies of free vibration for bars and beam; elastic wave propagation in bar caused by forced vibration with impulsive loading applied. The results obtained showed that was possible to get a major number of natural frequencies of free vibration for the discrete spectrum, given a certain level of error, for C1 and C2 regularity elements in comparison with C 0 regularity Lagrangian elements of four, eight, sixteen and twenty-five nodes. Regarding to the elastic wave propagation problem in bar due to the application of impulsive loading, the solution obtained with C1 and C2 regularity elements also presented satisfactory results with relation to the analytical solution and those obtained with C 0 regularity Lagrangian elements with four and eight nodes. On the other hand, for isotropic infinitesimal plane elasticity problems, C1 and C2 regularity elements did not present satisfactory results. Relative errors in L2 and energy norms of approximate solution were greater than those computed for the C 0 Lagrangian element of eight nodes, for example, and convergence rates obtained with the C1 and C2 regularity elements were lower than those predicted by the a priori error estimator.

O objetivo deste trabalho é estudar algoritmos paralelos para a solução de problemas de Mecânica dos Sólidos, Mecânica dos Fluídos e Interação Fluido-Estrutura empregando o Método dos Elementos Finitos para uso em configurações de memória distribuída e compartilhada. Dois processos para o particionamento da estrutura de dados entre os processadores e divisão de tarefas foram desenvolvidos baseados na aplicação do método de particionamento em faixas e do método da bissecção coordenada recursiva não sobre a geometria da malha mas sim diretamente sobre o sistema de equações, através de reordenações nodais para minimização da largura da banda. Para ordenar a comunicação entre os processadores, foi desenvolvido um algoritmo simples e genérico baseado em uma ordenação circular e alternada que permite a organização eficiente dos processos mesmo em cenários nos quais cada processador precisa trocar dados com todos os demais. Os algoritmos selecionados foram todos do tipo iterativo, por sua adequabilidade ao paralelismo de memória distribuída. Foram desenvolvidos códigos paralelos para o Método dos Gradientes Conjugados utilizado em problemas de Mecânica dos Sólidos, para o esquema explícito de Taylor-Galerkin com um passo e iterações utilizado na simulação de escoamentos compressíveis em regime transônico e supersônico, para o esquema explícito de Taylor- Galerkin com 2 passos para simulação de escoamentos incompressíveis em regime subsônico e para interação fluído-estrutura usando o esquema explícito de dois passos para o fluído e o método implícito de Newmark no contexto do método de estabilização α-Generalizado para a estrutura, com acoplamento particionado. Numerosas configurações foram testadas com problemas tridimensionais utilizando elementos tetraédricos e hexaédricos em clusters temporários e permanentes, homogêneos e heterogêneos, com diferentes tamanhos de problemas, diferentes números de computadores e diferentes velocidades de rede. / Analysis and development of distributed memory parallel algorithms for the solution of Solid Mechanics, Fluid Mechanics and Fluid-Structure Interaction problems using the Finite Element Method is the main goal of this work. Two process for mesh partitioning and task division were developed, based in the Stripwise Partitioning and the Recursive Coordinate Bisection Methods, but applied not over the mesh geometry but over the resultant system of equations through a nodal ordering algorithm for system bandwidth minimization. To schedule the communication tasks in scenarios where each processor must exchange data with all others in the cluster, a simple and generic algorithm based in a circular an alternate ordering was developed. The algorithms selected to be parallelized were of iterative types due to their suitability for distributed memory parallelism. Parallel codes were developed for the Conjugate Gradient Method ( for Solid Mechanics analysis), for the explicit one-step scheme of Taylor-Galerkin method (for transonic and supersonic compressible flow analysis), for the two-step explicit scheme of Taylor-Galerkin method (for subsonic incompressible flow analysis) and for a Fluid-Structure Interaction algorithm using a coupling model based on a partitioned scheme. Explicit two-step scheme of Taylor-Galerkin were employed for the fluid and the implicit Newmark algorithm for the structure. Several configurations were tested for three-dimensional problems using tetrahedral and hexahedral elements in uniform and nonuniform clusters and grids, with several sizes of meshes, numbers of computers and network speeds.

Neste trabalho foram desenvolvidas as funções de interpolação com regularidades C1 e C2, utilizando o Método da Partição de Unidade, referentes ao elemento quadrilateral de quatro nós. Estes elementos quadrilaterais Hermitianos de regularidade C1 e C2 foram implementados em uma plataforma própria de elementos finitos, considerando uma estratégia do tipo sub-paramétrica. De forma comparativa com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 e diferentes ordens polinomiais, os elementos de regularidade C1 e C2 foram aplicados na solução de: problemas clássicos de elasticidade plana infinitesimal isotrópica; aproximação das frequências naturais de vibração livre de barras e viga; pro- pagação de onda elástica em barra devido à aplicação de força impulsiva. Os resultados obtidos mostraram que foi possível se obter um maior percentual de frequências naturais aproximadas do espectro discreto, dado um certo nível de erro máximo, com os elementos de regularidade C1 e C2 em comparação com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro, oito, dezesseis e vinte e cinco nós. Quanto ao problema de propagação de onda elástica devido à aplicação de força impulsiva, as soluções obtidas com os elementos de regularidade C1 e C2 também apresentaram-se satisfatórias em relação à solução ana- lítica e às soluções aproximadas obtidas com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro e oito nós. Por outro lado, nas simulações dos problemas de elasticidade plana infinitesimal isotrópica, os elementos de regularidade C1 e C2 não apresentaram um comportamento satisfatório. Os erros relativos em normas L2 e de energia da solução aproximada foram maiores do que aqueles obtidos com o elemento Lagrangeano de regularidade C0 de oito nós, por exemplo, e as taxas de convergência em norma de energia obtidas com tais elementos foram inferiores às preditas pelo estimador de erro a priori. / In this work the shape functions with regularity C1 e C2 were developed, by means of the Partition of Unity Method, concerning to the four-node quadrilateral element. These Hermitian quadrilateral elements with regularity C1 e C2 were implemented in an own platform of finite elements, considering the subparametric strategy. Comparatively with the C 0 regularity Lagrangian elements of different polynomial order, C1 and C2 regularity elements were applied in simulations of: classical isotropic infinitesimal plane elasticity problems; approximation of natural frequencies of free vibration for bars and beam; elastic wave propagation in bar caused by forced vibration with impulsive loading applied. The results obtained showed that was possible to get a major number of natural frequencies of free vibration for the discrete spectrum, given a certain level of error, for C1 and C2 regularity elements in comparison with C 0 regularity Lagrangian elements of four, eight, sixteen and twenty-five nodes. Regarding to the elastic wave propagation problem in bar due to the application of impulsive loading, the solution obtained with C1 and C2 regularity elements also presented satisfactory results with relation to the analytical solution and those obtained with C 0 regularity Lagrangian elements with four and eight nodes. On the other hand, for isotropic infinitesimal plane elasticity problems, C1 and C2 regularity elements did not present satisfactory results. Relative errors in L2 and energy norms of approximate solution were greater than those computed for the C 0 Lagrangian element of eight nodes, for example, and convergence rates obtained with the C1 and C2 regularity elements were lower than those predicted by the a priori error estimator.

Neste trabalho foram desenvolvidas as funções de interpolação com regularidades C1 e C2, utilizando o Método da Partição de Unidade, referentes ao elemento quadrilateral de quatro nós. Estes elementos quadrilaterais Hermitianos de regularidade C1 e C2 foram implementados em uma plataforma própria de elementos finitos, considerando uma estratégia do tipo sub-paramétrica. De forma comparativa com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 e diferentes ordens polinomiais, os elementos de regularidade C1 e C2 foram aplicados na solução de: problemas clássicos de elasticidade plana infinitesimal isotrópica; aproximação das frequências naturais de vibração livre de barras e viga; pro- pagação de onda elástica em barra devido à aplicação de força impulsiva. Os resultados obtidos mostraram que foi possível se obter um maior percentual de frequências naturais aproximadas do espectro discreto, dado um certo nível de erro máximo, com os elementos de regularidade C1 e C2 em comparação com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro, oito, dezesseis e vinte e cinco nós. Quanto ao problema de propagação de onda elástica devido à aplicação de força impulsiva, as soluções obtidas com os elementos de regularidade C1 e C2 também apresentaram-se satisfatórias em relação à solução ana- lítica e às soluções aproximadas obtidas com os elementos Lagrangeanos de regularidade C0 de quatro e oito nós. Por outro lado, nas simulações dos problemas de elasticidade plana infinitesimal isotrópica, os elementos de regularidade C1 e C2 não apresentaram um comportamento satisfatório. Os erros relativos em normas L2 e de energia da solução aproximada foram maiores do que aqueles obtidos com o elemento Lagrangeano de regularidade C0 de oito nós, por exemplo, e as taxas de convergência em norma de energia obtidas com tais elementos foram inferiores às preditas pelo estimador de erro a priori. / In this work the shape functions with regularity C1 e C2 were developed, by means of the Partition of Unity Method, concerning to the four-node quadrilateral element. These Hermitian quadrilateral elements with regularity C1 e C2 were implemented in an own platform of finite elements, considering the subparametric strategy. Comparatively with the C 0 regularity Lagrangian elements of different polynomial order, C1 and C2 regularity elements were applied in simulations of: classical isotropic infinitesimal plane elasticity problems; approximation of natural frequencies of free vibration for bars and beam; elastic wave propagation in bar caused by forced vibration with impulsive loading applied. The results obtained showed that was possible to get a major number of natural frequencies of free vibration for the discrete spectrum, given a certain level of error, for C1 and C2 regularity elements in comparison with C 0 regularity Lagrangian elements of four, eight, sixteen and twenty-five nodes. Regarding to the elastic wave propagation problem in bar due to the application of impulsive loading, the solution obtained with C1 and C2 regularity elements also presented satisfactory results with relation to the analytical solution and those obtained with C 0 regularity Lagrangian elements with four and eight nodes. On the other hand, for isotropic infinitesimal plane elasticity problems, C1 and C2 regularity elements did not present satisfactory results. Relative errors in L2 and energy norms of approximate solution were greater than those computed for the C 0 Lagrangian element of eight nodes, for example, and convergence rates obtained with the C1 and C2 regularity elements were lower than those predicted by the a priori error estimator.