Este trabalho é uma contribuição para o conhecimento de metodologias de projeto de estruturas de material composto, aplicando métodos de otimização estrutural a cascas laminadas e apresentando uma estratégia em dois níveis. No primeiro nível é realizada a minimização da flexibilidade da estrutura, tendo como variável de projeto a orientação de cada lâmina da estrutura. Utiliza-se Programação Linear Seqüencial (SLP) e direção de tensão principal para otimização da orientação. No segundo nível minimiza-se o volume de cada lâmina, usando a flexibilidade total da estrutura como restrição e a densidade relativa como variável de projeto, também através de SLP. Para evitar aparecimento de áreas com densidades intermediárias, utiliza-se um Método de Continuação, dividindo o nível de otimização topológica em duas ou mais etapas. As formulações desenvolvidas permitem a solução de problemas com múltiplos casos de carregamento. Para a solução da equação de equilíbrio de casca laminada, utiliza-se um elemento finito de casca degenerado de oito nós com integração explícita na direção da espessura. A implementação desse elemento é feita de modo a facilitar a obtenção das derivadas da matriz de rigidez, necessárias na linearização das funções objetivo e restrições. Evita-se assim o uso de derivadas numéricas. Resultados para vários tipos de estrutura são apresentados, incluindo comparações entre diferentes carregamentos, condições de contorno, número de lâminas, espessuras, etc. As soluções obtidas, formas de análise e possíveis aplicações são discutidas.

Orientador : Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado / Co-orientador : Prof. Dr. Marcos Arndt / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 17/02/2016 / Inclui referências : f.134-141 / Área de concentração: Mecânica Computacional / Resumo: No contexto da analise dinâmica de estruturas, uma das limitações do Método dos Elementos Finitos (MEF) e a dificuldade de aproximar as altas frequências. Essa falta de precisão se torna mais significativa à medida que os carregamentos excitem os modos com frequências mais altas. Visando abordar esse tipo de problema é possível utilizar o Método dos Elementos Finitos Generalizados/ Estendido (MEFG/MEFE) para enriquecer o espaço de aproximação e representar melhor esses modos de alta frequência. Apesar das excelentes propriedades do MEFG/MEFE como alta acurasse versatilidade de aplicação e excelentes taxas de convergência, há aspectos que ainda limitam sua aplicabilidade como a instabilidade numérica associada ao processo de enriquecimento presente mesmo em problemas de valor de contorno bem postos. As matrizes do MEFG/MEFE podem ser consideravelmente mal-condicionadas, podendo resultar em uma perda de acurácia da aproximação, e até mesmo resultando em matrizes numericamente singulares. Assim, neste trabalho apresentam-se duas propostas para contornar o problema de sensibilidade do MEFG: uma adaptação do Método dos Elementos Finito Generalizado Estabilizado voltado a Análise Dinâmica e uma estratégia de pré-condicionamento das funções de enriquecimento. Diversos exemplos unidimensionais de análise modal e transiente são apresentados e seus resultados são discutidos, mostrando que as implementações propostas possibilitam captar melhor frequências mais elevadas, melhorando a representatividade do espectro. Observando o ganho de estabilidade numérica proporcionado pela adoção da estratégia de pré - condicionamento das funções de enriquecimento, estendeu-se sua proposta a análise modal bidimensional, onde a instabilidade numérica do refino p pode ser então contornada, implicando em consequente ganho de acurasse no espectro de frequência. / Abstract: In the context of dynamic analysis of structures, one of the limitations of the Finite Element Method (FEM) is the difficulty of approaching the high frequencies. This lack of precision becomes more significant as the loading excite modes with higher frequencies. Aiming at address this problem one may use the Finite Element Method Generalized / Extended (GFEM / XFEM) to enrich the approximation space and better represent these high frequency modes. Despite the excellent properties of GFEM / XFEM as high accuracy, application versatility and excellent convergence rates, there are aspects that still limit its applicability as the numerical instability associated with this enrichment process even in well-placed boundary value problems. GFEM/XFEM matrices may be ill-conditioned, which may result in a accuracy loss, and even resulting in numerically singular matrices. In this work two proposals are presented to circumvent the GFEM sensitivity problem: an adaptation of the Stabilized Generalized Finite Element Method applied to Dynamic Analysis and a pre-conditioning of enrichment functions. Several examples of one-dimensional modal and transient analysis are presented and results are discussed, showing that the proposed implementations allow to better capture higher frequencies, improving representation of the spectrum. Considering the numerical stability provided by the adoption of preconditioning of enrichment functions strategy, its proposal was extended to the two-dimensional modal analysis enabling to

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-10-31Bitstream added on 2014-06-13T19:55:36Z : No. of bitstreams: 1 carvalhal_r_me_ilha.pdf: 892699 bytes, checksum: 6654a8de1bfad0655527d3268f00f2f1 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento analítico da modelagem de estruturas flexíveis do tipo treliça com o objetivo de atenuação de vibrações através do uso de técnicas de controle ativo. Atuadores de pilha piezelétricos são usados para exercer as forças de controle na estrutura, os quais substituem barras inteiras ou somente uma parte delas. Estes tipos de atuadores, também, satisfazem a necessidade de obtenção de estruturas leves. O posicionamento ótimo desses atuadores e de sensores é encontrado através da norma Hx, que é usada como função objetivo. Como técnica de controle é aplicado o Controle no Espaço Modal Independente (IMSC), no qual os estados são estimados por um estimador modal e são realimentados de acordo com a teoria de controle ótimo, o Regulador Linear Quadrático (LQR). O IMSC é eficiente computacionalmente mesmo aplicado a sistemas de alta ordem e também reduz os efeitos de spillover. Uma melhoria do IMSC, o Controle Modal Eficiente (EMC) também é apresentado com o propósito de reduzir as amplitudes das forças de controle. O modelo matemático da estrutura inteligente é obtido a partir do Método dos Elementos Finitos (MEF) considerando o acoplamento eletromecânico entre os atuadores de pilhas piezelétricos e a estrutura base. O projeto de uma treliça espacial, o posicionamento ótimo dos atuadores e sensores e o controle ativo de vibração são apresentados em simulações numéricas. Os resultados mostram que ambos os controladores aumentam o amortecimento da estrutura e, ainda, o EMC reduz as amplitudes das forças de controle. / This work presents the analytic development of the modeling of flexible truss structures with the aim to suppress the mechanical vibration using active control techniques. Piezoelectric stack actuators are used to produce control force in the structure, which can replace an entire bar or can be coupled to structural members. They also satisfy the necessity to obtain lighter structures. The optimal placement of actuators and sensors is found through the Hã norm as objective function. As control technique is presented the Independent Modal Space Control (IMSC), in which a modal estimator is used and the Linear Quadratic Regulator (LQR) feedback the estimated states according the optimal control theory. IMSC is computationally efficient also applied in high order system and reduces the negative effects of the control and observer spillover. An improvement in the IMSC is the Efficient Modal Control (EMC) that is proposed to reduce the amplitudes of control forces. The mathematical model of the intelligent structure is obtained from Finite Elements Method (FEM) considering the electromechanical coupling between the piezoelectric stack actuators and the base structure. The design of a space truss structure, the optimal placement of active members and the active damping vibration control is numerically implemented. Two control techniques are tested and compared: IMSC and EMC. Results show that the controllers increase the damping of the structure noticeably. The EMC controller provides better performance, reducing the amplitudes of control forces.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-03T13:42:33Z No. of bitstreams: 1 Carlos Frederico da Silveira Oliveira.pdf: 647755 bytes, checksum: c814522c9d1a6f5a819e2cce1088856f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-03T13:42:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carlos Frederico da Silveira Oliveira.pdf: 647755 bytes, checksum: c814522c9d1a6f5a819e2cce1088856f (MD5) Previous issue date: 1969-12 / O principal problema abordado neste trabalho e o da determinação das frequências naturais de vibrações transversais de vigas de seção transversal variável segundo Leis polinomiais. São analisados os casos de variação linear e variação parabólica. São determinadas as frequências naturais utilizando-se o método aproximado de Ritz e Rayleigh. Rste mé todo é muito utilizado quando na determinação de autovalores (frequências) e fornece uma convergência extremamente rápida. O modo de tratar o problema, permite a determinação de qualquer frequência natural, mediante um programa automático, tendo em vista que o método foi aplicado considerando-se um número infinito de termos na série solução. / This work deals with the problem of the determination of the natural frequencies of transverse vibrations of beams of variable cross section, in particular beams with section heigh varying according to a polynbmial law. Ritz method is used for the determinátion of the natural frequencies, dueto its rapid convergence. The method of treatment of the problem, permits a determination of any of the natural frequencies using automatic programming because it does not limit the number of terms of the serie solution to be used.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-03T16:53:03Z No. of bitstreams: 1 121397.pdf: 868571 bytes, checksum: 4fe3e879a0ee7f4dba065ce1f9ca7845 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-03T16:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 121397.pdf: 868571 bytes, checksum: 4fe3e879a0ee7f4dba065ce1f9ca7845 (MD5) Previous issue date: 1969-10 / CAPES / BNDES / Um sistema eletrodinâmico para teste de fadiga de molas é representado por um modelo com dois graus de liberdade. A simulação da máquina teste por um sistema com dois graus de liberdade e força restauradora F = (α+βx²)x é feita com auxílio do computador analógico, EAI- TR48 DES - 30. São determinados para execução do teste os valores favoráveis da razão de deflexão das molas y1 / (y2 - y1). A frequência da força excitadora e y2 amplitude de movimento da massa m2 em função da relação de massas m2 /m1. Os resultados são comparados com os da solução analítica para o caso de mola linear (β = O). / An eletrodynamic system for testing fatigue in springs is represented by a model which has two degrees of freedom. The simulation of the tester by a two degrees af freedom system with restoring force F =(α+βx²)x is made on an analog computer EAI – TR48 DES – 30. The favorable values of the spring deflection ratio y1 /(y2 - y1) the frequency of the exciting force, and y2 the amplitude of motion of the mass m2, as function of the mass ratio m2/m1, are determined to the execution of the test. The results are compared with those of the analytic solution for the case of linear springs (β = O). The favorable values of the spring deflection ratio y1 /(y2 - y1), the frequency of the exciting force, and y2 the amplitude ofmotion of the mass m2, as function of the mass ratio m2 /m1, are determined to the execution of the test. The results are compared with those of the analytic solution for the case of linear springs (β = 0).

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-03T17:15:49Z No. of bitstreams: 1 121399.pdf: 677662 bytes, checksum: be4d2dca9c251073c0ad58532605aa32 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-03T17:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 121399.pdf: 677662 bytes, checksum: be4d2dca9c251073c0ad58532605aa32 (MD5) Previous issue date: 1970-01 / Consideramos uma formalização da mecânica racional de um corpo rígido sob um ponto de vista intrínseco. São utilizados apenas conceitos elementares de álgebra bilinear e rudimentos de teoria da medida. Estudaremos apenas o problema da determinação das forças requeridas para produzir qualquer movimento bem comportado de um dado corpo rígido e sugerimos uma interpretação para a resolução do problema recíproco. A cinemática é reduzida completamente à álgebra linear; o vetor velocidade angular é então uma simples decorrência da representação da parte linear da derivada de uma família uni-paramétrica de isometrias, contrariamente ao usual modo heurístico de introdução desse (pseudo) vetor. / We considera formalization of the rational mechanics of a rigid body under a intrinsic viewpoint. Only elementary concepts of bilinear algebra and measure theory are used. We restrict ourselves to the problems of the determination of the required forces to produce and sustain any well-behaved motion of a given rigid body and then suggest a interpretation for the resolution. of the reciprocal problem. Kinematics is completely reduced to linear algebra. The existence of the angular velocity vector then follows from the representation of the linear part of the derivative of a one-parmeter family of isometries, in opposition to the usual heuristic form in which such vector is commonly introduced.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-04T17:27:44Z No. of bitstreams: 1 122789.pdf: 1336038 bytes, checksum: 376f52e126adf90cae8f07a5aeed3d14 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-04T17:27:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 122789.pdf: 1336038 bytes, checksum: 376f52e126adf90cae8f07a5aeed3d14 (MD5) Previous issue date: 1969-12 / Apresenta um estudo experimental de viga-caixão, de vão único, em modelo reduzido. Um programa de computador elaborado para a solução de Estruturas Prismáticas Laminares, fornece resultados que são comparados com aqueles obtidos experimentalmente. Uma crítica é feita ao método experimental adotado. / A study of a simple-span box-girdes model is presented. Analytical results, obtained by means of a computer program, are compared with experimental results. The adopted experimental procedure is criticized.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-05T17:22:27Z No. of bitstreams: 1 126923.pdf: 1885701 bytes, checksum: 8a04d12f8791ad3b780c354af9c701af (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-05T17:22:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 126923.pdf: 1885701 bytes, checksum: 8a04d12f8791ad3b780c354af9c701af (MD5) Previous issue date: 1971-12 / CAPES / Neste trabalho é analisado o problema da instabilidade elastodinâmica de uma viga de Bernoulli-Euler uniforme, sob ação de um momento axial periódico aplicado em uma de suas extremidades. As equações de movimento, estabelecidas pelo Principio de Hamilton, são integradas pelo método de Galerkin, resultando em dois sistemas de equações diferenciais de Mathieu-Hill em têrmos de coordenadas generalizadas, As soluções triviais dêstes sistemas determinam as regiões de ressonância paramétrica das vibrações flexionais da viga como funções de suas frequências naturais e dos parâmetros de excitação. São apresentados alguns resultados numéricos relativos ao problema. / The problem of the elastodynamic instability of a uniform Bernoulli-Euler beam subject to an axial periodic torque applied in one of its extremities is analyzed. Equations of motion, established via Hamilton Principle, are integrated by Galerkin method, resulting in two systems of Mathieu-Hill differential equations in terms of generalized coordinates. The trivial solutions of these systems determine the regions of parametric resonance of flexural vibrations of beam as functions of their natural frequencies and excitation parameters. Some numerical resul ts related to the problem are presented.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-09T16:35:51Z No. of bitstreams: 1 124553.pdf: 676744 bytes, checksum: 32086bb9ea8d0f46a76f31ef2f6e9dc5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-09T16:35:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 124553.pdf: 676744 bytes, checksum: 32086bb9ea8d0f46a76f31ef2f6e9dc5 (MD5) Previous issue date: 1971-05 / CAPES / O presente trabalho, todo ele restrito à elasticidade linear, consta de 3 capítulos. No primeiro capítulo é feita tuna revisão do problema de Saint – Venant (torção e flexão de cilindros) e da necessidade de ser feita a chamada da “hipótese de Saint-Venant”. Apresenta-se ainda a generalização da hipótese, sob a foma de “Principio”, feita por Boussinesq e Love e os teoremas propostos por Stemberg e Zanaboni. No segundo capítulo, aborda-se o teorema de Toupin sabre a forma fraca do Princípio, fazendo-se uma análise dos resultados por ele obtidos. Nas conclusões são apresentados alguns resultados obtidos, ligados à foma fraca do Principio de Saint-Venant. / The present paper, cornpletely restricted to Linear Elasticity, is presented in three chapters. In the first chapter, a review on Saint-Venant' s problem (torsion and flexion of beams) is made and the necessity of the so-called "Saint-Venant's Hypotesis" is indicated. The generalizations of the hypotesis made by Boussinesq and Love, as well as Sernberg's and Zanaboni's Theorems, are discussed. In the seoond chapter, Toupin' s Theorem on the weak form of Saint-Venant Principle is presented and some of his results are discusses. Finally, the author presents some results related to the weak form of Saint-Venant's Principle obtained in his reoent research.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-11T16:46:10Z No. of bitstreams: 1 131653.pdf: 1093217 bytes, checksum: 866adf4776bd235495512c180cc8f8aa (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-11T16:46:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 131653.pdf: 1093217 bytes, checksum: 866adf4776bd235495512c180cc8f8aa (MD5) Previous issue date: 1973-02 / O presente trabalho fundamentalmente, compreende: cálculo do deslocamento no contorno interno de um cilindro circular oco produzido por um campo transiente de temperatura e cálculo da tensão normal transiente na interface do acoplamento de dois cilindros circulares sob efeito térmico. Neste estudo admite-se que o material dos cilindros seja homogêneo e isotrópico e obedeça à lei de Hooke. Não é considerado acoplamento termodinâmico entre deformação e temperatura e o problema é analisado com comportamento quase estático. / The fundamental scope of this dissertation can be summarized in two itens: a) determination of the displacement at the internal boundary of a hollow circular cylinder , under a transient temperature field. b) determination of the coupling stress betweem a cilinder with radius "a" fitted into a hollow cilinder with radi i "a'' and "b", under a transient temperature field. It is assumed that both cylinders are homogeneous, isotropic and follow Hooke's law for elastic materials. Strain-temperature coupling is disregarded and the analysis assumes quasi-static behavior.