No Brasil, como em outros países, podem ser encontrados milhões de trabalhadores com distúrbios e problemas resultantes da exposição ocupacional a vibrações mecânicas. No entanto, são escassos, os estudos e as pesquisas voltados a esse agente, seja com relação ao seu reconhecimento, à sua avaliação ou ao seu controle. Neste trabalho estimou-se a exposição ocupacional a vibrações em mãos e braços dos trabalhadores que atuam nas atividades de acabamento, em marmorarias no município de São Paulo. Os principais critérios técnicos internacionais relacionados ao agente, sua aplicação e interpretação são discutidos frente à legislação nacional. Para a obtenção de um sinal de vibração representativo da exposição dos trabalhadores, utilizou-se um procedimento alternativo de medição, mediante uso de um mini-acelerômetro triaxial e um adaptador de palma fixado diretamente nas mãos dos operadores. Dessa forma, procurou-se contabilizar de modo mais representativo as diversas posturas, forças e posições aplicadas durante a execução das atividades. Foram avaliados os processos de acabamento a seco e a úmido em treze marmorarias do município de São Paulo de um total de vinte e cinco empresas visitadas. Os resultados indicam que há uma predominância das exposições acima do nível de ação (A(8)=2,5 m/s2) em vigor na Comunidade Européia a partir de 2005, sendo importante a adoção de medidas preventivas e de vigilância à saúde dos operadores. Em contrapartida, os Programas de Prevenção de Riscos Ambientais (PPRAs) presentes em parte das empresas abordadas, não fazem menção ao agente, apesar da obrigatoriedade legal. São sugeridas estratégias voltadas à prevenção e ao controle, com base nas observações de campo e nos estudos efetuados junto à bibliografia especializada. / In Brazil, such as in others countries, millions of workers have problems and disturbs related with human exposure to vibration. In spite of that, exist few studies and researches related to recognition, evaluation and control of this agent. In this study it was estimated the occupational exposure to hand-arm vibration of workers involved in ornamental stone enterprises in São Paulo city. The main International technical standards related to this agent, it\'s application and interpretation are discussed facing Brazilian\'s regulations. In order to obtain a representative information of worker\'s exposure to vibration, it was used an alternative procedure based on a palm adapter and a mini accelerometer. Both were fixed on the worker\'s palm and aimed to take into account the different postures, forces and positions applied by operators during their activities. The evaluation\'s process and vibration measurements included dry and wet cutting, grinding and polishing of granite and marble in thirteen enterprises in São Paulo city of a total of twenty five enterprises visited. The results indicated that there is a predominance of worker\'s exposure above the action level (A(8) = 2,5m/s2) in force by European Community since 2005, implying the application of preventive measures and worker\'s health surveillance. On the other hand, the Preventive Programs for Environmental Risks presented by the enterprises visited, did not mention anything about the agent, in spite of legal obligation set out by Brazilian\'s regulations. Suggestions related to control and prevention strategies are set out based on field\'s observation and literature revision.

O crescimento da exploração do petróleo e gás em águas ultraprofundas fez com que a demanda por unidades flutuantes crescesse e, com isso, aumentasse a ocorrência do fenômeno de Movimentos Induzidos por Vórtices (ou VIM, de Vortex-Induced Motions) que age em plataformas com casco cilíndrico, como é o caso das monocolunas e spars. Efeito natural desse aumento nas ocorrências foi um maior interesse pelo fenômeno de VIM, simplificadamente investigado em cilindros lisos e curtos como os utilizados nesta pesquisa. A fim de contribuir com o conhecimento dos fundamentos fluido-dinâmicos nesta área, foram investigados quatro diferentes cilindros flutuantes de baixa razão de aspecto, todos caracterizados pelo valor típico de L/D = 2 (comprimento imerso por diâmetro, onde L= 250 mm e D= 125 mm), mas com diferentes condições de arredondamento da extremidade imersa, estas caracterizadas por quatro razões distintas entre o raio de adoçamento e o raio do cilindro, especificamente r/R= 0,00; 0,25; 0,50 e 1,00. Com este objetivo de observar a resposta dos cilindros curtos sob efeito dos vórtices gerados em diferentes formatos de extremidade imersa, experimentos foram realizados no tanque de provas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de S~ao Paulo (IPT), compreendendo velocidades de reboque entre 0,024 a 0,154 m/s, ou seja, uma faixa de números de Reynolds entre 3.300 e 19.200. Os resultados de amplitude adimensional de resposta observados na direção transversal mostram influência moderada das modificações na extremidade imersa, ligeiramente mais acentuadas no modelo com razão de arredondamento de r/R=0,25, sendo que para este caso, as amplitudes máximas ficaram abaixo daquelas exibidas pelos demais modelos, com uma tendência geral de queda para as velocidades de reboque mais altas. A variação da geometria da extremidade imersa também influenciou moderadamente os resultados de amplitude adimensional de resposta na direção longitudinal, onde o modelo com r/R=1,00 apresentou menores amplitudes nas velocidades mais altas. Por outro lado, a razão entre as frequências de resposta e as frequências naturais de referência mostraram comportamentos típicos, semelhantes aos encontrados em análises de VIV de cilindros longos montados em suportes elásticos com dois graus de liberdade. Além disso, a observação dos movimentos dos modelos no plano da superfície livre não indicaram mudanças significativas nas trajetórias em função do arredondamento da extremidade livre. No tocante aos coeficientes de força (arrasto e sustentação), as comparações entre os modelos foram semelhantes, mas os coeficientes para o cilindro sem chanfro (r/R=0) mostraram-se maiores para grande parte das velocidades ensaiadas. Para o modelo com r/R=1,00, as força (arrasto e sustentação não se mostraram com a mesma intensidade do que aquelas nos demais modelos, o que, desta forma, se refletiu nos menores valores de coeficiente encontrados. Sob uma ótica geral, os resultados levam a crer que o modelo fluido responsável pelas oscilações nos cilindros com L/D = 2 não tem relação com a existência de vórtices de ponta e aresta, mas com a emissão de vórtices em forma de arco. / The oil and gas exploration in deep and ultra-deep water has increased in the past years, and at the same time, increasing the oating vessel demand, thereby the vortex-induced motion phenomenon (VIM) has been present for cylindrical hull structures, for example, spar and monocolumns oating units. The impact of this, enhance the VIM phenomenon interest with simplify investigations on smooth cylinders, as was used in the present research. In order to expand the knowledge, experiments were made in four floating cylinders with low aspect of ratio, L/D = 2 (Length / Diameter) were tested with different free end corner shape types, namely by the relation between chamfer rounding radius (r) divided by the radius of cylinder (R) (r/R = 0.0, 0.25, 0.5 and 1.0). For the initial case, r/R =0.0 represents at tip and r/R = 1.0 the semi-hemispherical tip. The aims were to understand the effect of different free-end types on VIV behaviour of cylinders. The oating circular cylinders, i.e. unit mass ratio m* = 1(structural mass/displaced uid mass), were elastically supported by a set of linear springs to provide low structural damping on the system and allow six degrees of freedom. The aim is to understand the effects of the free end vortex in the cylinder movements, varying the free end shape. The experiments were carried out in a towing tank of IPT - Institute for Technological Research of the state of São Paulo, Brazil. The range of velocities tested is 0.024 to 0.154 m/s , and Reynolds number covered 3;300 <= Re <= 19;200. The nondimensional amplitudes results for transversal direction, show a moderated effect when the free end shape has changed, more significant in the r/R=0.25 case, where the maximum amplitudes present lower values compare with the others cylinders. For in-line nondimensional amplitudes, model with r/R= 1.00 shown lower values for high velocities. On the other hand, the frequencies ratios between in-line/transverse and natural sistem frequency, presented typical VIV response for long cylinders with two degree of freedom. In addition, the trajectory observations in the XY plane have not illustrated differences for cylinders with rounded edges. Force coeffcients outcome (drag and lift), the no-rounded edge case (r/R=0.0), presented higher coeffcients for the large proportion velocities. Furthermore, the model with a semi-spherical shape in the free end (r/R=1.00), demonstrated the both force coeffcients have not acted with the same severity as was observed for the others cylinders, and thus, the r/R=1.00 models has presented lowest values. In general, the present results suggest the answer for oscillation on L/D=2 models is caused by arc-type vortex shedding, not by the free end vortex effects.

O fenômeno de vibração induzida por vórtices (VIV) é particularmente danoso para estruturas submarinas como risers de exploração de petróleo. A maneira mais usual de se atenuarem os efeitos de VIV é instalar um supressor, como por exemplo strakes ou fairings. Dentre esses, foi desenvolvido por All Brow Universal Components um supressor chamado Ventilated Trousers (VT), que consiste em uma malha permeável feita de uma rede flexível e dezenas de bobbins. Através de um estudo experimental, procurou-se investigar os mecanismos hidrodinâmicos pelos quais o supressor V T funciona. Foram construídos três modelos diferentes de supressores: um modelo idêntico ao V T e duas malhas dele derivadas, alterando-se a geometria dos bobbins e a distribuição destes ao redor da malha. Foram realizados ensaios com o modelo xo e ensaios de VIV em um grau de liberdade alterando-se o amortecimento estrutural. Foram medidos deslocamento e forças de sustentação e arrasto. Os resultados mostraram que o supressor do tipo V T reduz as amplitudes de vibração, força de sustentação e arrasto quando comparados com um cilindro oscilando. No entanto, aumenta a força de arrasto quando comparado com o cilindro xo. A geometria da malha mostrou-se de grande importância para a supressão de VIV. Modelos que possuem o disco externo no bobbin impedem o surgimento de folga entre o modelo e o cilindro, além de aumentar o amortecimento hidrodinâmico. Três hipóteses foram levantadas para explicar o funcionamento do supressor V T. A primeira diz que a supressão é provocada pelo aumento do amortecimento hidrodinâmico. Os ensaios mostraram que, de fato, o supressor V T aumenta o amortecimento e, consequentemente, diminui as VIV. No entanto, somente esse efeito não explica toda a supressão obtida. As outras hipóteses, relacionadas à alterações bi e tridimensionais da esteira, foram avaliadas, porém não se pode afirmar que alguma delas seja isoladamente responsável por produzir o mecanismo hidrodinâmico de supressão. / The phenomenon of vortex-induced vibration (VIV) is particularly harmful to submarine structures such as risers used for oil extraction. The most usual way to attenuate the effects of VIV is the installation of suppressors, like strakes or fairings. Among them, All Brow Universal Components developed a VIV suppressor called Ventilated Trousers (VT), which consist of a permeable mesh made of a flexible net and tens of bobbins. Three different models of suppressors based on permeable meshes have been assembled with the objective to understand the hydrodynamic mechanism behind the suppression: one model identical to the VT and two meshes with different bobbin geometries and distribution. Tests were carried out with xed models and models free to oscillate in one degree of freedom varying the structural damping. Displacements, drag and lift forces were measured. Results showed that the VT suppressor reduced vibration amplitudes, lift and drag forces when compared to an oscillating circular cylinder. However, it increased drag force when compared to a fixed circular cylinder. The mesh geometry proved to be important to VIV suppression. Models that had an external disc on the bobbins avoided the appearance of a gap between the model and the cylinder. Three hypotheses were formulated to explain how the VT suppressor works. The first one says that the increase on hydrodynamic damping is responsible for suppression. In fact, tests showed that the VT increased hydrodynamic damping and, consequently, reduced the VIV response. However, this effect alone does not explain the suppression as a whole. The other two hypotheses related to two-dimensional and three-dimensional wake changes were evaluated, but it cannot be stated that any of them, on its own, is responsible for the whole of the suppression mechanism.

The offshore oil industry is engaged in the development of new floating platforms, such as Spar, semi-submersible, tension-leg, FPSO and monocolumn for the exploration of deep and ultra-deep waters. Some of these floating systems have circular cross sections (or cross sections of other bluff geometries) being susceptible to vortex-induced vibrations (VIV). Vortex shedding behind a bluff body can be altered, suppressed or controlled over a limited range of Reynolds numbers. Various flow-control techniques, which result in the reduction of drag and unsteady forces, have been suggested and tested in simple geometries. One such method is the moving-surface boundary layer control (MSBC), in which smaller control rotating cylinders are placed close to the bluff body. This method is considered as an inspiration for the present experimental investigation of VIV suppression for omni-directional flows. In this context, three different configurations have been assembled to compare the effect of suppression on a plain cylinder surrounded by two, four and eight control cylinders distributed symmetrically around it. Experiments were carried out with static models and models free to oscillate in one-degree-of-freedom with fixed and rotating control cylinders. Experiments with a plain cylinder were performed to serve as reference. Displacements, drag and lift forces were measured. The position of the control cylinders proved to be an important parameter to VIV suppression. Configurations with two control cylinders increased lift and drag forces. In contrast, configurations of four and eight control cylinders showed to be more effective to suppress VIV. Furthermore the results for all the cases of the configuration of eight fixed control cylinders presented a reduction of displacement amplitude, lift and drag forces when compared to a plain cylinder. However, when the control cylinders were actuated, the two cases with rotating control cylinders increased drag force when compared to fixed control cylinders. / A indústria offshore está envolvida no desenvolvimento de novas plataformas flutuantes como Spar, semi-submersível, TLP, FPSO e monocoluna para a exploração de águas profundas e ultra-profundas. Alguns destes sistemas flutuantes têm seções transversais circulares (ou de outras seções rombudas) sendo susceptíveis à vibrações induzidas por vórtices (VIV). A esteira de vórtices desprendida de um corpo rombudo pode ser alterada ou suprimida ao longo de uma faixa de número de Reynolds. Várias técnicas de controle do escoamento foram sugeridas e testadas em geometrias simples, resultando na redução de forças de sustentação e arrasto. Um desses métodos é o controle de camada limite por superfícies móveis (CCLSM), no qual cilindrinhos rotativos de controle são colocados próximos ao corpo rombudo. Neste trabalho, este método foi abordado através de uma investigação experimental como um supressor de VIV para o escoamento omnidirecional. Neste escopo três diferentes configurações foram montadas para comparar o efeito de supressão sobre um cilindro liso rodeado por dois, quatro e oito cilindros de controle, distribuídos simetricamente em torno dele. Foram realizados ensaios com o modelo estático, ensaios de VIV em um grau de liberdade com cilindros de controle fixos e rotativos. Foram medidos deslocamento e forças de sustentação e arrasto. Os resultados mostraram que a posição dos cilindros de controle é um parâmetro importante para a supressão de VIV. A configuração com dois cilindros de controle aumentou as forças de sustentação e arrasto. Diferentemente, as configurações de quatro e oito cilindros de controle mostraram-se mais eficazes para suprimir VIV. Além disso, todos os casos da configuração de oito cilindros de controle fixos apresentaram redução nas amplitudes de vibração e nas forças de sustentação e arrasto, quando comparados com um cilindro liso. No entanto, quando os cilindros de controle foram acionados para rotacionar, mostrou-se um aumento na força de arrasto em relação aos cilindros de controle fixos.

O objetivo deste trabalho é verificar a aplicação do Dynamic Design Analysis Method DDAM na análise de estruturas submetidas a carregamentos de choque. Esse método foi desenvolvido pela Marinha Norte Americana e se propõe a estimar esforços inercias provenientes das respostas de equipamentos de bordo, sejam de navios ou submarinos, a cargas impulsivas, mais precisamente, ondas de choque submarinas. Para a compreensão plena dessa metodologia, foi necessário um estudo sobre vibrações e espectros de resposta, tópicos teóricos que fundamentam esse procedimento. Devido à escassez de informações divulgadas por se tratar de conteúdo militar, foi realizado um estudo de caso para uma estrutura simples, uma viga engastada e seus resultados foram comparados com um prévio trabalho publicado. Com isso, foi possível a aplicação do DDAM em uma estrutura mais complexa como o vaso do reator nuclear do tipo PWR de um submarino, ainda que em um modelo simplificado desse equipamento. No entanto, os resultados mostraram a validade do uso do DDAM na análise estrutural dinâmica de equipamentos de uma maneira qualitativa. / The main purpose of this dissertation is to verify the use of the Dynamic Design Analysis Method DDAM in the study of structures subjected to shock loadings. This method was developed by the U.S. Navy and is intended to estimate inertial forces resultant from the response of shipboard equipment, from surface ships or submarines, due to impulsive loads or, more precisely, underwater pressure shock waves. To fully comprehend this method, it was necessary to acknowledge fundamentals of dynamics of structures like free vibrations, response spectrum analysis correlated topics. And due to lack of public information since it is a military technology, a case study of a cantilever beam was done with its results compared to a previous published paper. Then, the DDAM was applied to a more complex structure a PWR nuclear reactor vase simplified model, in order to show the effectiveness of the method in dynamic structural analysis.

O escoamento ao redor de cilindros inclinados, ou escoamento oblíquo, é um problema bastante comum em diversas áreas da engenharia. Embora o escoamento ao redor de um cilindro não inclinado consista em um tópico clássico e bastante estudado no contexto da mecânica dos fluídos, os estudos investigativos do escoamento oblíquo existem em menor número. O procedimento mais adotado para o estudo do escoamento ao redor de um cilindro inclinado é o Princípio da Independência, que atesta que todas as características da esteira dependem unicamente da componente da correnteza incidente que é ortogonal ao eixo do cilindro. Visando um melhor entendimento do escoamento ao redor de cilindros rígidos e inclinados, três grupos de experimentos foram conduzidos com cilindros inclinados tanto à montante como à jusante. Cinco ângulos de inclinação, definidos entre o eixo do cilindro e a direção ortogonal à da correnteza foram ensaiados, a saber: teta = 0°, 10°, 20°, 30° e 45°. No primeiro grupo de experimentos, os resultados obtidos com os cilindros estacionários inclinados à montante mostraram que o coeficiente de arrasto médio concorda com os resultados da configuração de referência, desde que a componente da correnteza incidente ortogonal ao eixo do cilindro seja utilizada na normalização da força. No tocante aos experimentos dos cilindros sujeitos ao fenômeno de vibrações induzidas pela emissão de vórtices com um ou dois graus de liberdade, existe um decréscimo da amplitude de oscilação dos cilindros com o aumento do ângulo de inclinação. Em todas as campanhas experimentais, foram verificadas diferenças entre os resultados obtidos com os cilindros inclinados à montante ou à jusante. Essa diferença é tão maior quanto maior for o ângulo de inclinação, e está associada à assimetria nas condições de extremidade do cilindro. / The flow around yawed cylinders, or oblique flow, is a common subject in several engineering applications. Despite the flow around a non-yawed cylinder consists on a classical and extensively investigated problem, there is a considerable lower number of investigation concerning the oblique flow. The most employed approach aiming at investigating the oblique flow is the so called Independence Principle, which states that the flow characteristics depend only on the component of the free-stream that is normal to the cylinder axis. Three groups of experiments were carried out aiming at a better understanding of the flow around yawed cylinders. Five yaw angles defined between the cylinder axis and the direction orthogonal to the free-steam were tested, namely: theta = 0°, 10°, 20°, 30° e 45°. From the first group of experiments, the results obtained with stationary cylinders yawed in the upstream orientation shown that the mean drag coeficient matches the classical results from the non-yawed cylinder, if the component of the free-stream that is orthogonal to the cylinder axis is employed in the normalization of the hydrodynamic force. Concerning vortex-induced vibrations experiments with one and two degrees-of-freedom, a decrease was observed in the maximum oscillation amplitude. For all the experiments, it was observed that the results obtained from the upstream orientation tests can be different from those obtained for the downstream orientation ones. The larger the yaw angle, the larger are the differences, which are associated to the asymmetric end conditions.

No Brasil, o estudo a respeito das vibrações induzidas por pedestres em passarelas vem sendo realizado a partir do início dos anos 1990, para passarelas de concreto e de aço. No entanto, ainda não há registro de estudos desse tipo e a norma brasileira NBR 7190 (1997) de projeto de estruturas de madeira apresenta somente critérios de dimensionamento para carregamentos estáticos, no caso de passarelas de madeira. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo geral a análise teórica, numérica e experimental de passarelas de madeira simplesmente apoiadas, com vistas a propor recomendações de projeto relacionadas ao conforto humano nessas estruturas. Este estudo foi desenvolvido a partir da análise de diretrizes normativas e critérios sugeridos por diversos autores, da análise teórica de passarelas dimensionadas segundo os critérios da NBR 7190 (1997), de modelos numéricos construídos em elementos finitos e de ensaios experimentais em modelo reduzido. Entre as conclusões alcançadas, destaca-se que a formulação de Euler-Bernoulli é adequada para o cálculo da primeira frequência natural nas direções transversal vertical e transversal horizontal em passarelas de madeira simplesmente apoiadas; entretanto, especial atenção deve ser dada para a avaliação da rigidez à flexão na direção transversal horizontal. Finalmente, sugeriu-se uma proposta para verificação do estado limite de serviço devido às vibrações induzidas por pedestres em passarelas de madeira simplesmente apoiadas, no tocante ao cálculo de frequências e acelerações, a ser inserida na futura revisão da norma brasileira de projeto de estruturas de madeira. / In Brazil, studies about pedestrian-induced vibrations on footbridges have been carried out since the early 1990s, for concrete and steel footbridges. However, there is no record of such studies and the brazilian standard NBR 7190 (1997) for the design of timber structures only presents design requirements for static loads, in the case of timber footbridges. Therefore, this paper aims to general theoretical analysis, numerical and experimental simply-supported beams timber footbridges, with a view to proposing recommendations for projects related to human comfort in these structures. This study was developed from the study of standards guidelines and criteria suggested by several authors, the theoretical analysis of footbridges design according to the criteria of the NBR 7190 (1997), numerical models using finite element and experimental tests on reduced model. Among the conclusions reached, it is emphasized that the formulation of Euler-Bernoulli is suitable for calculating the first natural frequency in vertical and lateral directions simply-supported beams timber footbridges; however, special attention should be given to the evaluation of lateral bending stiffness. Finally, we have suggested a proposal serviceability limit state verification due to pedestrian-induced vibrations on simply-supported beams timber footbridges, concerning the calculation of frequencies and accelerations to be included in a future review of the brazilian standard for the design of timber structures.

O desempenho acústico em um veículo é fortemente dependente da interação fluido-estrutura entre o ar no habitáculo do veículo e a estrutura metálica. A maioria dos problemas de ruído e vibração relacionados a esta interação provem dos picos de ressonância da chapa metálica, quando excitada por forças externas (pista, motor, vento). A redução dos picos de ressonância pode ser obtida através da aplicação de placas asfálticas (\"Deadeners\") na estrutura. O problema está no posicionamento das placas, que usualmente é realizado experimentalmente por tentativa e erro. Este trabalho propõe o uso da sensibilidade inerente para o posicionamento de \"Deadeners\" em estruturas metálicas veiculares, em particular no teto do veículo. As funções de resposta em freqüência (FRFs) do teto são obtidas experimentalmente e processadas adotando a técnica da sensibilidade inerente, obtendo assim a sensibilidade dos picos de ressonância e identificando os locais passíveis de instalação de \"Deadeners\". Como resultado da análise, é possivel localizar a posição ótima para o \"Deadener\" que maximizará a redução de picos de resonância de interesse. Após o posicionamento dos \"Deadeners\", foi possível verificar a atenuação dos picos de ressonância no teto do veículo, mostrando a eficácia do método utilizado. A maior vantagem do método é que este requer apenas medições de resposta em frequência do sistema original, sem necessidade de modificações na estrutura do veículo para obter a sensibilidade do sistema a modificações. / The Noise Vibration and Harshness (NVH) performance of passenger vehicles strongly depends on the fluid-structure interaction between the air in the vehicle cavity and the sheet metal structure of the vehicle. Most of noise and vibration problems related to this interaction come from resonance peaks of the sheet metal, which are excited by external forces (road, engine, wind). A reduction of these resonance peaks can be achieved by applying deadeners in the sheet metal. The problem is where these deadeners shall be fixed, which is usually done in a trial-anderror basis. In this work, one proposes the use of embedded sensitivity to locate the deadeners in the sheet metal of the vehicle, more specifically in the vehicle roof. Experimental FRFs of the roof are obtained and data is processed by adopting the embedded sensitivity method, thus obtaining the sensitivity of the resonance peaks on the local increase of stiffness due to the deadeners. As a result, by examining the sensitivity functions, one can find the optimum location of the deadeners that maximize their effect in reducing the resonance peaks of interest. After locating the deadeners in the optimum positions, it was possible to verify a strong reduction in resonance peaks of the vehicle roof, thus showing the efficiency of the procedure. The main advantage of this procedure is that it only requires FRF measurements of the vehicle in its original state, not needing any previous modification of the vehicle structure to find the sensitivity functions.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-10-22T19:24:12Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roger Otávio Pires Montes - 2015.pdf: 8169771 bytes, checksum: e580ffb280dfa5136f41ab38cf0aec4e (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T11:04:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Roger Otávio Pires Montes - 2015.pdf: 8169771 bytes, checksum: e580ffb280dfa5136f41ab38cf0aec4e (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T11:04:48Z (GMT). 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The effects of the internal fluid, that is incompressible, irrotational and inviscid and it has been described as a potential velocity to consider the fluid-structure interaction, and the influence of a thermal field in the nonlinear dynamic behavior of the functionally graded cylindrical shell will be investigated. It is developed a low-dimensional model, wherein the shell of the system equilibrium equations is solved by an analytical procedure, which yields the longitudinal and circumferential displacement field as a function of transverse displacement, satisfying the boundary conditions problem. The determination of transverse displacement is obtained by the perturbation techiniques, which enables the achievement of the main nonlinear modes that should be present in the displacement fields of the functionally grade cylindrical shell. To analyze the nonlinear free vibration, it is applied the Galerkin-Urabe method to obtain the system of non-linear algebraic equations, and then resolved by the Newton-Raphson method. The results show the influence of functional gradation, geometry, the effect of the internal fluid, considering a fluid-filled shell, and the thermal action of the nonlinear free vibrations of the shell by the frequency-amplitude relations. Finally, a parametric analysis to study the nonlinear forced vibrations of the cylindrical shell subjected to a harmonic loading side for some geometric relations is conducted. In this case the system of ordinary differential equations of second order in time is obtained from the application of the Galerkin method and integrated over time from the Runge-Kutta fourth order method. The results evaluates the influence of the internal fluid and the thermal effects in the nonlinear oscillation of functionally graded cylindrical shell, using the resonances’ curves, the basins’ attraction, time responses and the phase portraits. / Nesta dissertação são analisadas as vibrações, livres e forçadas, não lineares de uma casca cilíndrica simplesmente apoiada feita com um material com gradação funcional, que as propriedades dos materiais constituintes são descritas por determinadas leis de gradação ao longo da espessura. As equações não lineares de movimento são obtidas utilizando-se as teorias não lineares de Donnell e de Sanders, sendo que os campos de deslocamentos e as deformações referentes à teoria não linear de Donnell para cascas abatidas podem ser obtidos como uma simplificação da formulação não linear de Sanders. Serão investigados os efeitos da presença de um fluido interno, incompressível, não viscoso e irrotacional, sendo descrito a partir de um potencial de velocidade, considerando a interação fluido-estrutura, além da influência de um campo térmico no comportamento dinâmico não linear da casca cilíndrica com gradação funcional. É desenvolvido um modelo de baixa dimensão, em que o sistema de equações de equilíbrio da casca é resolvido através de um procedimento analítico, o qual permite obter os campos de deslocamento axial e circunferencial em função dos deslocamentos transversais, além de atender as condições de contorno do problema. A determinação dos deslocamentos transversais é feita a partir do método da perturbação, o qual possibilita a obtenção dos principais modos não lineares que devem estar presentes nos campos de deslocamentos da casca cilíndrica. Para analisar as vibrações livres não lineares, aplica-se o método de Galerkin-Urabe para se obter o sistema de equações algébricas não lineares, sendo, em seguida, resolvido a partir do método de Newton-Raphson. Os resultados mostram a influência da gradação funcional, da geometria, do efeito do fluido interno, considerando uma casca totalmente preenchida, e da ação térmica nas vibrações livres não lineares da casca por meio das relações frequência-amplitude. Por fim, é feita uma análise paramétrica das vibrações forçadas não lineares da casca cilíndrica submetida a um carregamento lateral harmônico para algumas relações geométricas. Neste caso o sistema de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem no tempo é obtido a partir da aplicação do método de Galerkin e integrado ao longo do tempo a partir do método de Runge-Kutta de quarta ordem. Da mesma forma avalia-se a influência do fluido interno e dos efeitos térmicos nas oscilações não lineares da casca cilíndrica com gradação funcional, utilizando-se as curvas de ressonância, as bacias de atração, as respostas no tempo e os planos fase.

Visando atender requisitos cada vez mais rigorosos de projeto e exigência dos consumidores, é necessário extrair o máximo desempenho de uma dada estrutura de produto, buscando sempre propriedades superiores as atuais. Para obter-se tais propriedades dinâmicas superiores (resistência, rigidez, peso) existem vários métodos de otimização estrutural, entre os quais a otimização de parâmetros, utilizada em ajustes finos de projeto; a otimização topológica, mais complexa e condicionada pelos processos de fabricação disponíveis e a otimização de forma utilizada em chapas estruturais. Dentre os métodos recentes de otimização de forma merece destaque o método de Padrões de Bossas por Formas Modais desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), que permite grandes ganhos de rigidez estrutural com pequenas deformações no formato das chapas. Entretanto, tal método tem sua aplicabilidade restrita, pois depende de fatores de ponderação cujo critério de escolha não foi explorado pelos autores. O presente trabalho analisa teoricamente o método desenvolvido por Fredö e Hedlung (2004), utilizando para tal uma chapa metálica em condições controladas para determinar um critério coerente de definição dos parâmetros de ponderação do método via otimização computacional suportado por uma análise modal via método dos elementos finitos. Com os resultados dessa análise pode-se criar um programa para implementação do método de Padrões de Bossas por Formas Modais em aplicações industriais, com ganhos significativos nas características estruturais de produtos sem impactos no custo final. / To meet increasingly higher design requirements and consumer demands for design, it is necessary to extract the maximum performance of a given product structure, always seeking superior properties versus current design. To obtain such superior dynamic properties (strength, stiffness, weight) there are several methods of structural optimization, including the parameters optimization used to fine-tune design; the topology optimization, more complex and conditioned by manufacturing processes and the shape optimization as used in structural plates. Among the newer methods for shape optimization, it is worth mentioning the Panel embossing pattern optimization method developed by Frëdo and Hedlung (2004), which allows large structural rigidity gains with small deformations in the plate shape. However, this method has a limited applicability because it depends on weighting factors whose selection criterion was unexplored by the authors. This work theoretically analyzes the method developed by Frëdo and Hedlung (2004), using for such a metal sheet under controlled conditions to determine a coherent criterion for the weighting parameters definition process using computational optimization supported by a modal analysis via finite element method. With the results of this analysis, it was possible to create a program to implement the method embossing pattern optimization method in industrial applications, with significant gains in structural characteristics of products without affecting the final cost.