[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento de novo método de previsão da distribuição cumulativa de probabilidades da atenuação por chuvas para climas tropicais que em conta o percentual estimado da contribuição dos sistemas de chuva convectiva e estratiforme na região. O método proposto mostrou desempenho muito superior ao obtido com o método atualmente recomendado pelo ITU-R quando comparado com medidas experimentais realizadas, nas freqüências de 15 e 18 GHz, em cinco enlaces em um clima tropical. O método de previsão desenvolvido foi aplicado ao cálculo de enlaces de sistemas LMDS, cujas características e metodologia de planejamento foram também descritas no trabalho. Nestes sistemas a atenuação por chuvas é o principal fator limitante da cobertura, em função da operação nas faixas de 24 a 30 GHz. / [en] This work presents the development of a new method for the prediction of rain attenuation cumulative distributions in tropical climates. The method takes into account the estimated percent contribution of convective and stratiform rain systems. The proposed method shows much better accuracy than the method currently recommended by the International Telecommunications Union (ITU-R), when tested against experimental data from five links operating at 15 and 18 GHz. The prediction method was applied in link budgets for Local Multipoint Distribution Systems (LMDS) that operate in the 24 to 30 GHz frequency band where rain attenuation is the main propagation impairment. A design methodology for these systems is also presented.

[pt] Apesar da extensa aplicabilidade do Método de Elementos Finitos na representação e solução de problemas dos mais diversos campos da Engenharia, há ainda classes de problemas em que o seu uso encontra severas dificuldades. Uma delas está relacionada com a simulação da evolução temporal da geometria ou de condições de contorno móveis na Mecânica Computacional. Exemplos típicos destes problemas envolvem grandes deformações, propagação de trincas na mecânica da fratura, escoamentos bi-fásicos , transferência de calor em meios com mudança de fase , entre outros. Nestes casos, a tarefa do acompanhamento das modificações de geometria, dos deslocamentos nas interfaces e das descontinuidades a serem representadas pela malha de elementos finitos implica em modificações da discretização a cada passo da análise, o que requer o emprego de sofisticados procedimentos de adaptação ou de reconstrução da malha. Para atender a estas situações, duas classes de novas estratégias foram recentemente propostas na literatura: i) Métodos sem Malha, em que a discretização é estabelecida a partir de um conjunto de nós distribuídos sobre o domínio, dispensando o uso da entidade elemento e, ii) Método de Elementos Finitos Generalizados (MEFG), em que a capacidade de representação da base de funções de forma tradicionais do MEF é estendida utilizando-se funções específicas ao problema em analise. Neste trabalho investigam-se as características destas duas classes de métodos e, suas vantagens e limitações na aplicação à análise de problemas da mecânica da fratura computacional. Da comparação do desempenho destas técnicas na solução de problemas envolvendo descontinuidades localizadas demonstra-se que o MEFG é numericamente superior aos demais, em aplicações com a análise da propagação de trincas no contexto da Mecânica da Fratura Linear Elástica (MFLE). Por este método, o campo de deslocamentos representados no MEF tradicional por funções lagrangianas é adicionado (enriquecido) localmente por funções que representam as características de descontinuidade (trinca) presentes no contínuo de forma implícita e independente da malha. A nova base de funções incorpora também termos que representam a solução da mecânica da fratura linear elástica para os deslocamentos na vizinhança da ponta-de- trinca, mantendo as características de partição da unidade próprias do MEF. A formulação foi implementada em um programa para a análise de problemas planos juntamente com uma nova estratégia de integração numérica das equações de equilíbrio que permite eliminar o emprego de eventuais modificações da malha . Este procedimento de integração emprega uma composição das quadraturas de Gauss-Lobato e Gauss-Radau, capacitando o método à uma analise robusta sem o uso de quaisquer procedimentos de reconstrução de malha. Testes numéricos com modelos do MEFG são apresentados e discutidos , verificando-se uma boa correlação da solução numérica obtida com resultados experimentais ou outras soluções clássicas da MFLE. / [en] The Finite Element Method is certainly the most generally used technique for the solution of Engineering problems. However, there are some classes of problems in which the method is still not straightly applicable. One of those is related to the simulation of problems with moveable geometry and/or boundary conditions, in the field of Computation Mechanics. Typical examples are found in fields such : large deformations, crack propagation, two- phase flow, heat transfer with phase change, and so on. In these cases, because displacements at the interfaces and the geometry are to be followed throughout the solution, a regular finite element procedure becomes too cumbersome to represent, requiring the use of sophisticated procedures for adaptation and mesh reconstruction. To overcome these difficulties, two classes of new numerical procedures have been recently proposed: i) Meshless Methods (MM), where the state-variables are interpolated by a set of node values, within the problem domain, without using element boundaries and, ii) Generalized Finite Elements Method (GFEM), where the interpolation function basis is expanded in order to accommodate specific interpolation functions, adjusted to the problem in consideration. In this work the characteristics of these two procedures were evaluated considering their applications to numerical problem solutions, in the field of fracture mechanics. It is demonstrated that the GFEM results in a better numerical procedure considering applications to the crack propagation problem, in the context of linear fracture mechanics. In this method, the displacement fields provided by standard FEM are locally enriched by specific functions which represent, implicitly and independently of the mesh, the requirements for displacement discontinuities. The new function basis also incorporates a solution for the displacements in the neighborhood of the crack tip, obtained from linear fracture mechanics solution. The formulation has been implemented for the analysis of plane problems using a new numerical integration strategy, for numerical evaluation of the equilibrium equations. This integration procedure uses a composition of Gauss-Lobato e Gauss-Radau quadratures, assuring the method numerical robustness, with no requirements for mesh reconstruction. Numerical test solutions with GFEM models are compared to experimental and other classic solutions to demonstrate the method applicability to the analysis of linear fracture mechanics problems.

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A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.

In recent decades techniques related to the measurement of elastic waves have advanced significantly. It is now possible with relatively inexpensive equipment to record amplitudes and frequency bands that were unthinkable two decades ago. This has led to the development of theoretical topics which application was questionable until not long ago, to profit from new technological potential in obtaining more and better experimental information. In this context the study of the propagation of guided waves in solids is presented as a knowledge that allows to detect damage with efficiency and economy in a number of structures in which at least one dimension is much larger than the other two. This is the case for rails, tubulations and pressure vessels among others. In this work, guided waves propagation characteristics are studied, first in a prismatic bar and then within the geometry of a rail. In both cases, dispersion curves were computed according two different work methodologies, first using an axisymmetric model and then corroborated with a model of periodic conditions. Finally propagation of a Tone-Burst waves were simulated on the analyzed geometries, leading to the discussion of how the waves scatter along its propagation. The results obtained were the dispersion curves of both sections. / En las últimas décadas técnicas relacionadas con la medición de ondas elásticas han avanzado sensiblemente. Actualmente, con equipamientos relativamente económicos es posible registrar amplitudes y franjas de frecuencia que eran impensables dos décadas atrás. Este hecho ha motivado que tópicos teóricos que hasta hace un tiempo tenían una aplicación cuestionable tengan que ser desarrollados para poder aprovechar las nuevas potencialidades tecnológicas en la obtención de mayor y mejor información experimental. En este contexto, el estudio de la propagación de ondas guiadas en sólidos se presenta como un conocimiento que posibilita detectar daño con eficiencia y economía en una serie de estructuras en las cuales por lo menos una dimensión es mucho mayor que las otras dos. Es el caso de estructuras tubulares, rieles o recipientes sometidos a presión entre otras. En el presente trabajo se estudian las características de propagación de ondas guiadas primeramente una barra rectangular y posteriormente en la geometría de un riel. En ambos casos, fueron calculadas las curvas de dispersión obtenidas con por dos metodologías de trabajo por elementos finitos, la primer metodología fue emplear un cálculo aplicando un modelo axisimétrico, y luego corroborado con un modelo de condiciones periódicas y posteriormente fue simulada la propagación de una onda tipo Toneburst sobre las geometrías analizadas discutiendo cómo dicha onda se dispersa durante su propagación. Los resultados obtenidos fueron las curvas de dispersión de ambas secciones.

Sistemas de ensaios não destrutivos por ondas guiadas despertam cada vez mais a atenção tanto da indústria, como da academia. Isso deve-se, principalmente, às possibilidades que as ondas guiadas permitem, como maior área de triagem que o ultrassom convencional. Porém a técnica tem suas limitações, já que esta apenas gera uma estimativa da localização de um defeito e não a sua dimensão. Nessa limitação, algoritmos tomográficos apresentam uma possibilidade de avanço da técnica, pois permitem determinar não só a localização de corrosões e defeitos, mas também seu dimensionamento. Este trabalho apresenta tomografia de difração como uma alternativa para avaliação de integridade estrutural. Primeiramente, utilizou-se análise por métodos numéricos para mostrar a validade dos algoritmos e posteriormente foi realizado um experimento em uma chapa real com o objetivo de reconstruir a imagem do defeito. / Guided waves nondestructive testing systems are increasingly attracting industrial and academic attention. The mainly reason for this attention is the possibility of screening a large area than conventional ultrasound technique. However, Guided Waves Testing has limitations, since it gives only an estimation of the location of a defect, but not the dimensions. Tomographic algorithms come up with an improvement of the technique, because it allows discovery not only the location of corrosions and defects, but the dimensions too. This work brings Diffraction Tomography as an alternative to structural health monitoring. First, a numerical analysis was implemented to demonstrate the validity of the algorithms, after that an experiment in a real plate was made with the objective to recover the defect image.

Neste trabalho, estudamos a interação de íons com um conjunto quase-monocromático de ondas eletrostáticas de frequência na faixa das frequências híbridas inferiores, propagando-se perpendicularmente a um campo magnético uniforme. Consideramos que as fases das ondas são aleatoriamente distribuídas (ondas incoerentes), tratando o caso de ondas de fases coerentes (ondas coerentes) como um caso particular. Derivamos o Hamiltoniano adequado a esse sistema, e deduzimos as equações de movimento, cujas soluções são analisadas numericamente, mostrando a ocorrência de difusão estocástica no espaçoo de fase ângulo-ação, para amplitudes de onda suficientemente grandes. Também fazemos estimativas sobre a amplitude mínima (threshold) para o aparecimento de ilhas de primeira ordem no espaço de fase. Estimamos, também, o limiar para as ilhas de segunda ordem e de ordens maiores, bem como o limiar de estocasticidade. A análise mostra que para o caso de várias ondas o comportamento estocástico ocorre antes do limiar de estocasticidade comparado com o caso de uma onda. No caso de ondas coerentes, observa-se que o limiar de estocasticidade diminui com o aumento do número de ondas que comp˜oem o conjunto de ondas, proporcionalmente ao inverso da raiz quadrada deste número, portanto, tendendo a ser nulo no limite em que o número de ondas no pacote tende a infinito. No caso de ondas incoerentes, observa-se também uma diminuição do limiar de estocasticidade com o aumento do número de ondas, mas nesse caso, saturando com valor até um terço do valor do limiar de estocasticidade para o caso de uma onda. Observa-se também que o limite superior da região de estocasticidade no espaço de fase aumenta com o aumento do número de ondas. No caso de ondas coerentes, esse aumento é proporcional à raiz cúbica do número de ondas que compõem o conjunto de ondas. No caso de ondas incoerentes o limite superior da região de estocasticidade têm um aumento de até o dobro em relação ao caso de uma onda. A análise também mostra que o mecanismo da estocasticidade para o caso de várias ondas é diferente do mecanismo atuante no caso de uma onda. No caso de uma onda, a estocasticidade ocorre por superposição de ilhas de ordens maiores do que um, com o aumento da intensidade da onda. No caso de várias ondas, a presençaa de ondas de frequências próximas à frequência de ressonância causa pequenas perturbações na trajetória principal das partículas, causada pela onda central, espalhando-a pelo espaço de fase de forma mais eficiente que o mecanismo de estocasticidade para o caso de uma onda.

A utilização de ondas guiadas em técnicas de monitoramento de integridade estrutural tem se mostrado uma alternativa interessante para economia de tempo e de custos de operação. Técnicas com ondas guiadas apresentam a característica de monitorar trechos extensos de uma estrutura a partir de um único ponto de acesso, permitindo a inspeção de partes remotas e de difícil acesso. Entre os modos fundamentais de propagação de ondas guiadas em chapas, o modo SH0 possui a vantagem de não ser dispersivo, além de sofrer menores atenuações ao se propagar em superfícies em contato com fluidos. Neste trabalho é proposto um modelo de transdutor do modo SH0 de forma omnidirecional em uma chapa de aço utilizando um arranjo com cerâmicas piezoelétricas, que permita inspecionar determinada área de um componente através de um único modo de propagação. Para caracterizar e compreender o comportamento da resposta obtida foram realizadas simulações numéricas parametrizando características do modelo proposto, como o número de elementos piezoelétricos e dimensões geométricas dos componentes do transdutor. Para validação dos resultados do modelo numérico foram construídos modelos experimentais do transdutor, os quais foram instalados sobre uma chapa de aço de 2mm de espessura para verificação dos modos de propagação emitidos. Avaliando a relação entre intensidades de cada modo emitido e a qualidade da emissão de SH0 foi possível identificar as frequências que apresentaram resposta com a característica desejada. Também foi verificado o comportamento dos transdutores construídos ao serem excitados por ondas propagando na chapa, avaliando a sua utilização também como receptores. / The use of guided waves in structural health monitoring techniques has already proved to be an interesting alternative to reduce inspection time and overall operational costs. Guided waves techniques enable monitoring large structures from one single access point, allowing the inspection of distant and hard access parts. Among the fundamental propagation modes of guided waves in plates, the SH0 mode has the advantage of being non dispersive, as well as being subject to less attenuation when propagating through surfaces in contact with fluids. In this work, it is proposed one omnidirectional SH0 mode transducer in a steel plate using a piezoelectric ceramic array, which allows inspecting a component area through a single propagation mode. Numeric simulations parameterizating features of the transducer, such as the number of piezoelectric elements and the geometric dimensions of the transducer’s components, were developed to characterize and investigate the effect on the output response. To validate the numeric simulation results, experimental models of the transducer were built, which were installed on a 2mm thick steel plate to verify the generated propagation modes. The analysis of the relation between the intensity of each mode generated in the plate and the emission quality of the SH0 mode allowed the identification of frequencies that presented the most desirable response characteristics. The behavior of the built transducers was also studied when they were excited by waves propagating through the plate, evaluating the use of the transducers as signal receptors.

[pt] O desenvolvimento de técnicas de reparos com baixos custos vem sendo a tendência dominante na indústria de exploração de petróleo. Um exemplo é o processo de soldagem molhada, a ser utilizado em reparos submarinos com custos consideravelmente inferiores á tradicional soldagem seca hiperbárica. Este trabalho tem como objetivo analisar e modelar as características á fadiga de soltas molhadas, comparando o comportamento de dois materiais: o metal de edição resultante do processo de soldagem molhada e o metal base. A partir deste estudo, torna-se possível obter um conjunto completo de propriedades á fadiga, incluindo dados de fadiga de baixo ciclo e de mecânica da fratura. Estas propriedades foram analisadas e comparadas com dados da literatura. Diversos modelos, anteriormente desenvolvidos, que relacionam as propriedades relativas à fadiga oligocíclica à taxa de propagação de trincas, são amplamente discutidos, e algumas modificações são propostas no sentido de melhor ajustá-los aos dados experimentais obtidos. / [en] The trend currently observed in the oil exploration industry is prodominantly geared towards the development of low-cost repair techniques. An example of this trend is the wet welding process used used in underwater repairs, at considerably lower costs that those incurred when using the traditional dry hyperbaric welding system. The objective of this work is to analyze and outline the main fatigue characteristics of wet welding processes, by comparing the behaviour of two different materials: the addition metal resulting from the wet welding process, and the behaviour of the base or parent metal. This study will allow us to obtain a whole set of properties related to fatigue, including data on low-cycle fatigue and fracture mechanics. These properties were duly analyzed and compared with data found in literature available on this matter. A wide and in-depth discussion is carried out covering the study of several models developed previlously, wich have establisehd the ratio existing between oligocyclic fatigue and the crack propagation rate. Furthermore, on the basis of studies carried out, some modifications are being proposed to adjust these models to the requirements of experimental data obtained.

[pt] Este trabalho apresenta a base de um modelo matemático destinado a interpretar teoricamente o comportamento estatístico de sinais sujeitos a desvanecimentos rápidos em enlaces de microondas em visibilidade. As teorias existentes para explicar a dependência do fenômeno com as características de um lance são discutidas em função dos resultados experimentais disponíveis. Foi investigado com especial atenção o relacionamento entre as profundidades de desvanecimento e a rugosidade do relevo, demonstrando-se que a fórmula empírica atualmente em uso é perfeitamente adequada para quantificar este efeito. / [en] The purpose of this work is to present a mathematical model to interpret theoreticallly the statistical behavior of deep fades in line-of-sight microware paths. The previous theories are discussed and compared to the known experimental data. A simple model is used to obtain a theoretical dependence of the fades deepth with the path roughness. The results show that the empirical expression presently in use quantifies correctly this effect.