Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, 2015. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2015-11-10T13:05:46Z No. of bitstreams: 1 2015_PabloAndresAndradeCasanova.pdf: 10282622 bytes, checksum: 0484e4fff4199441308f8a1e533b54b0 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-07-30T12:08:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_PabloAndresAndradeCasanova.pdf: 10282622 bytes, checksum: 0484e4fff4199441308f8a1e533b54b0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-30T12:08:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_PabloAndresAndradeCasanova.pdf: 10282622 bytes, checksum: 0484e4fff4199441308f8a1e533b54b0 (MD5) / As treliças espaciais feitas com tubos com pontas amassadas e conectadas por um único parafuso (conexão típica) são amplamente utilizadas no Brasil devido a sua fácil construção e economia com respeito às ligações com patente. Entretanto, a ligação típica é fraca devido à excentricidade e a diminuição da inércia no nó devido ao processo de amassamento do tubo. Em pesquisas anteriores, foi observado que ao se corrigir a excentricidade gerada pelos tubos convergentes no mesmo nó, usando espaçadores de aço, a treliça pode suportar mais carga consideravelmente. Entretanto, a utilização desses espaçadores de aço aumentava o custo e gerava carga de peso próprio adicional. Desta forma, o objetivo da presente pesquisa é substituir os espaçadores de aço por espaçadores feitos de madeira, que são mais econômicos e leves. Para se avaliar a melhoria na capacidade resistente da treliça, neste trabalho se fez um estudo numérico-experimental a fim de se examinar a viabilidade do uso da madeira como espaçador. No estudo numérico foi modelada uma treliça espacial tetraédrica tubular com base quadrada de 2m por 2m e altura de 0,7m usando-se para a análise numérica o software comercial em Elementos Finitos, ANSYS Workbench 14.5. Nas análises foi considerada uma geometria detalhada da treliça bem como o comportamento não linear físico e geométrico da treliça procurando-se desta forma se chegar a uma modelagem a mais próxima possível da realidade. No estudo experimental foram ensaiadas três treliças espaciais de secção tubular com ligação típica e com espaçadores de madeira Maçaranduba. Nestes testes, verificou-se que os espaçadores de madeira resistiram bem às cargas. Além disso, a capacidade de suporte da treliça resultou muito semelhante à capacidade das treliças anteriores usando espaçadores de aço. Os tipos de deformação (flambagem e deformações locais) que se apresentaram no modelo numérico e no ensaio experimental são bem semelhantes. Tais semelhanças nos resultados enfatiza que o modelo numérico prevê adequadamente o colapso e a deformada das treliças observadas nos ensaios experimentais. Portanto, conclui-se que os resultados mostram a viabilidade do uso de espaçadores como uma alternativa para substituir os espaçadores de aço em treliças com a vantagem de menor peso e custo. / Space trusses made of tubes with flattened ends connected with a trespassing bolt (typical connection) are widely used due to its easy construction and economy with respect to patented connections. However, the typical connection is weak due to the eccentricity and reduced momentum of inertia that exists at the nodes due to the flattening process. In previous studies, it was observed that when correcting the eccentricity generated by converging tubes at the same node, using steel spacers, the truss can support more load considerably. However, the use of such spacers made of steel increased the cost of production and generated additional dead load. Thus, the objective of the present research is to replace the steel spacers for spacers made of wood, which are more economical and lighter. To assess the improvement in the bearing capacity of the truss, this work applied a numerical and experimental approach to exam the feasibility of using wood spacer. In the numerical study, a tubular tetrahedral spatial lattice with square base 2m by 2m and 0.7m height was used. In the numerical analysis the commercial Finite Element software, ANSYS Workbench 14.5 was employed. The numerical analyses considered the detailed geometry of the truss as well as the non-linear behavior of the material and geometry trying to model the truss as close to reality as possible. In the experimental study, three trusses with typical connections and “Maçaranduba” wooden spacers were tested. In these tests, it was observed that the wood spacers withstood the loads. Moreover, the bearing capacity of the truss was very similar to bearing capacity of the previous trusses using steel spacers. The types of deformation (buckling and local deformations) shown in the numerical model and in the experimental test were very similar. This similarity in the results highlights that the numerical model adequately predicted the collapse and deformed shape of the trusses observed in the lab tests. Therefore, in conclusion: the results show that the use of wood spacers is feasible and an alternative to replace steel spacers in trusses with less weight and cost.

Submitted by Felipe Alves Pires null (fealvespires@hotmail.com) on 2017-05-15T17:24:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Felipe_final.pdf: 9171100 bytes, checksum: b1b4cdbe6480b62edce35f61d888f5b9 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-05-16T14:44:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pires_fa_me_bauru.pdf: 9171100 bytes, checksum: b1b4cdbe6480b62edce35f61d888f5b9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-16T14:44:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pires_fa_me_bauru.pdf: 9171100 bytes, checksum: b1b4cdbe6480b62edce35f61d888f5b9 (MD5) Previous issue date: 2017-03-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Devido à crescente demanda por sistemas de comunicação, monitoramento territorial e previsão climática, satélites foram lançados por agências espaciais e aproximadamente 2,271 orbitam a Terra. Com o objetivo de minimizar os custos de lançamento, estruturas espaciais devem possuir forma de sistemas do tipo treliça devido à considerável redução de peso por serem montadas em uma forma triangular e com materiais leves, por exemplo, alumínio. Como resultado, alguns problemas como flexibilidade e baixo amortecimento estrutural podem aparecer. Diante disso, um método de controle deve ser aplicado para manter os níveis de vibração em pequenas escalas. Neste trabalho, um método de controle passivo é aplicado a uma treliça espacial utilizando o método dos elementos finitos (MEF). MEF é uma das ferramentas computacionais mais utilizadas para analisar estruturas sujeitas a vibrações, tornando possível prever as respostas em frequência (FRFs) do sistema. Este trabalho utiliza a técnica de otimização \textit{simulated annealing} para otimizar a norma $\mathcal{H}_{2}$ para os seis primeiros modos de vibrar do sistema de maneira a encontrar as coordenadas de cada nó da treliça que minimizem o valor de norma $\mathcal{H}_{2}$. Nota-se que, com a minimização da norma $\mathcal{H}_{2}$, novas coordenadas das juntas podem ser obtidas e novas FRFs podem ser estudadas. Algumas amplitudes de vibração das FRFs diminuíram, porém algumas amplitudes aumentaram. Verifica-se que houve regiões que o controle aplicado foi efetivo e outras que a técnica não mostrou eficiência. O método estatístico simulação de Monte Carlo também é aplicado para estudar as incertezas associadas ao sistema. Para isto, histogramas são utilizados para verificação das distribuições das frequências naturais. É pertinente a necessidade de avaliar se as distribuições de frequências apresentam um comportamento de curvas normais e para isso alguns parâmetros estatísticos, como \textit{skewness}, \textit{kurtosis} e teste de qui-quadrado, são utilizados. Observa-se que, as incertezas relacionadas à geometria da estrutura afetam mais o sistema do que as incertezas ligadas às propriedades do material. / Due to the increasing demand for monitoring for telecommunication systems, weather and territorial monitoring, satellites have been launched by space agencies and 2,271 still orbit Earth. In order to minimize rocket launch costs, space structures should have the shape of trusses because of the significant weight reduction for being assembled in a triangular form and with elements made of light materials (e.g. aluminum). As a result of it, some problems such as flexibility and low structural damping may arise. For this reason, a control method must be applied to maintain the requirements of vibration levels in these types of structures. This work applies a passive vibration control to a space truss utilizing the Finite Element Method (FEM). FEM is one of the most used computational tools to analyze structures under vibrations and is also used to predict the system’s frequency response functions (FRFs). This work utilizes the optimization technique simulated annealing in order to optimize the norm H2 of the first six vibration modes of the system so that it’s possible to find the coordinates of each node of the space truss that minimize the value of H2. It has been noticed that with the minimization of the H2 norm, new coordinates of the joints can be obtained so that new FRFs can be studied. Some amplitudes of vibration in the FRFs diminished, however, some of them rose. It is verified that there are regions where the control method applied was effective and others where the control technique was not effective. The statistical method Monte Carlo simulation is also applied to study the uncertainties associated to the system. For this study, histograms are utilized to verify the natural frequencies distributions. It is pertinent the need to evaluate whether the frequencies distributions present the behavior of normal curves and to do this, some statistical parameters such as skewness, kurtosis and chi-square test are used. It has been noticed that uncertainties related to the geometry of the structure affect the system more than uncertainties related to the material properties.

As treliças espaciais vêm sendo freqüentemente utilizadas, de forma bastante diversificada, mas seu principal uso é como cobertura de grande vãos. Recentemente, vários acidentes com este tipo de estrutura têm acontecido, principalmente devido a uma série de considerações adotadas para dimensionamento, as quais não condizem com a realidade. Neste contexto, foi feito um estudo do comportamento seguido por estas estruturas. Este trabalho apresenta uma análise teórica, via método dos elementos finitos, de modelos de treliça espacial de seção tubular circular. Tem como objetivo verificar o comportamento de cada sistema de ligação, modelado tridimensionalmente com elementos de casca, associado à treliça espacial, modelada em elementos lineares. Foram estudadas as tipologias usuais de ligação deste tipo de estrutura abordando os problemas causados pelas peculiaridades de cada sistema. / Space trusses have been very frequently used in many applications, but its main employment is as roofs of great areas. Recently, many accidents have been occurring with this type of structure, mainly because of a series of adopted design assumptions, which does not fit reality. In this context, the behavior of this type of structure was studied. This study presents a theoretical analysis, using finite element method, of space trusses composed by circular tubular sections. It has as an objective to verify the behavior of each connection system, modeled in 3D by shell finite elements, associated to a space truss, modeled in linear finite elements. The usual typology of connections used in this kind of structure was studied, considering the problems caused by peculiarities of each system.

As treliças espaciais vêm sendo freqüentemente utilizadas, de forma bastante diversificada, mas seu principal uso é como cobertura de grande vãos. Recentemente, vários acidentes com este tipo de estrutura têm acontecido, principalmente devido a uma série de considerações adotadas para dimensionamento, as quais não condizem com a realidade. Neste contexto, foi feito um estudo do comportamento seguido por estas estruturas. Este trabalho apresenta uma análise teórica, via método dos elementos finitos, de modelos de treliça espacial de seção tubular circular. Tem como objetivo verificar o comportamento de cada sistema de ligação, modelado tridimensionalmente com elementos de casca, associado à treliça espacial, modelada em elementos lineares. Foram estudadas as tipologias usuais de ligação deste tipo de estrutura abordando os problemas causados pelas peculiaridades de cada sistema. / Space trusses have been very frequently used in many applications, but its main employment is as roofs of great areas. Recently, many accidents have been occurring with this type of structure, mainly because of a series of adopted design assumptions, which does not fit reality. In this context, the behavior of this type of structure was studied. This study presents a theoretical analysis, using finite element method, of space trusses composed by circular tubular sections. It has as an objective to verify the behavior of each connection system, modeled in 3D by shell finite elements, associated to a space truss, modeled in linear finite elements. The usual typology of connections used in this kind of structure was studied, considering the problems caused by peculiarities of each system.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T17:42:36Z No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-10T12:19:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-10T12:19:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 denispiresrodriguesalves.pdf: 7315782 bytes, checksum: 6961087b46d541aeae9c4509e2d9a289 (MD5) Previous issue date: 2016-09-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As treliças espaciais são estruturas compostas de barras usualmente metálicas (aço ou alumínio) que são utilizadas para diversas finalidades, mas principalmente para sustentar a cobertura de grandes vãos presentes em galpões e pavilhões. O presente trabalho tem como objetivo a modelagem computacional do comportamento termo-elastoplástico de treliças espaciais em regime de grandes deslocamentos e deformações, utilizando o modelo da equação de transferência de calor e um modelo constitutivo elastoplástico modificado para incluir a influência térmica. Simulações computacionais do modelo resultante podem ser usadas para o desenvolvimento de projetos de estruturas submetidas a grandes variações de temperatura, como as que ocorrem em um incêndio. O método dos elementos finitos (MEF) foi utilizado para determinar o campo de temperaturas na seção transversal das barras, enquanto que para encontrar os deslocamentos e as deformações nas barras em função da variação térmica e do carregamento foi utilizado o método da rigidez direta. Para resolver as equações de equilíbrio não-lineares resultantes do modelo constitutivo termomecânico foi utilizado o método de Newton-Raphson. O código desenvolvido foi inicialmente validado através de simulações computacionais em estruturas simples onde variações de temperatura alteram o módulo de elasticidade, o módulo plástico e a tensão de escoamento do material e podem causar a plastificação e até a ruptura das barras. Posteriormente são apresentados e discutidos os resultados obtidos a partir de treliças mais complexas, com geometria similar às usualmente utilizadas em aplicações de engenharia, submetido a uma situação simplificada de incêndio-padrão. A alta temperatura causa a diminuição da resistência e da rigidez das barras e informações importantes como o tempo de incêndio suportado pela estrutura e o número de barras plastificadas são extraídas das simulações e podem servir como uma medida de segurança para evitar danos maiores em locais com grandes aglomerados de pessoas. / Space trusses are structures usually composed of metalic rods (steel or aluminum) that are used for several purposes, but mainly to sustain the roof of large spans present in sheds and pavilions. The present work has the aim of computationally model the coupled thermo-elastoplastic behavior of space trusses under large displacements and large strains, using the heat transfer equation model and an elastoplastic constitutive model modified to include the thermal influence. Computer simulations of the resulting mathematical model can be used for the development of structural projects under large variations of temperature, as occurs in fire situations. The finite element method (FEM) was used to determine the temperature field in transversal section of rods. In order to find the displacements and strains due to thermal variation and loadings, it was used the direct stiffness method. The Newton-Raphson method was used to solve the resulting non-linear equilibrium equations of the thermomecanic constitutive model. The developed code was initially validated through computational simulations of simple structures where thermal variations affect the Young modulus, the plastic modulus and the yield stress of the material. The results of more complex trusses, with a geometry similar to the ones usually adopted in engineering applications, under a simplified standard fire situation are also presented. The high temperature causes a decrease in the rods' resistance and stiffness and important informations such as the fire time supported by the structure and the number of plastified rods are achieved from the simulations and can be used as a security measure to avoid greater damage in places with large crowds of people.