Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao paulo menezes.pdf: 3080026 bytes, checksum: 27fc4469f9413ad9117d4813295e9db7 (MD5) Previous issue date: 2006-09-14 / In a composite system, a steel beam (laminated, welded or cold formed) is associated with a concrete slab, forming a composite beam. The interaction between concrete and steel can be mechanical, by friction or, in some cases, only by adherence. One of the major advantages of the composite beams is the increase in strength and stiffness due to association of steel and concrete that makes possible the reduction of the height of the structural elements, implicating in material economy. The present research has the purpose to present a general vision of the structural behavior of the composite steel-concrete beams and to proceed to a more detailed study of the behavior of the shear connectors made from cold formed steel. A modeling study of the push-out test is accomplished with the intention to find the factors that influences the resistance and rigidity of the connection. The numerical study consists in the elaboration of a three-dimensional numerical model to simulate the push-out test from which is obtained the force-displacement curve, ultimate load, deformations and tensions along the connector. The numeric results are compared with obtained experimental values of rehearsals accomplished at laboratory for validation of the same ones. For the accomplishment of the numeric modeling the computational program ANSYS® 6.1 was used, which uses non-linear material and geometric Finite Element Method models. The numeric models present as variables of interest the thickness, the height of the shear connectors made of cold formed steel and the resistance of the concrete used in the premolded slab with reinforced concrete lattice joist. Results showed that the thickness of the connector is the most important variable in the connection strength, however the height of the connector also has influence in the resistance and, mainly, in the rigidity of the connection. / Denomina-se sistema misto aço-concreto aquele no qual um perfil de aço (laminado, dobrado ou soldado) trabalha em conjunto com uma laje de concreto, formando uma viga mista. A interação entre o concreto e o perfil de aço pode se dar por meios mecânicos, por atrito, ou, em alguns casos, por simples aderência. Uma das vantagens da utilização de vigas mistas em sistemas de pisos é o acréscimo de resistência e de rigidez propiciados pela associação dos elementos de aço e de concreto, o que possibilita a redução da altura dos elementos estruturais, implicando em economia de material. O presente trabalho tem por finalidade apresentar uma visão geral do comportamento estrutural das vigas mistas aço-concreto e proceder a um estudo mais detalhado do comportamento da ligação com conectores de cisalhamento tipo U em perfil formado a frio. É realizada a modelagem computacional do ensaio de cisalhamento direto (push-out test) com o intuito de determinar os fatores que mais influenciam na resistência e rigidez da ligação A modelagem computacional consiste na elaboração de um modelo numérico tridimensional para simular o ensaio de cisalhamento direto, do qual se obtém a curva força-deslocamento, a força última e as deformações e tensões ao longo do conector. Os resultados numéricos são confrontados com valores experimentais obtidos de ensaios realizados em laboratório para validação dos mesmos. Para a realização da modelagem computacional, foi utilizado o programa comercial ANSYS® 6.1, elaborado com base no Método dos Elementos Finitos, cujas ferramentas disponibilizadas permitem análises em regime de não-linearidade física e geométrica. Os modelos computacionais apresentam como variáveis de interesse a espessura e a altura do conector tipo perfil U formado a frio e a resistência do concreto utilizado na confecção das lajes treliçadas. Os resultados obtidos mostram que a espessura do conector é a variável que mais influência a resistência da ligação, porém a altura do conector também tem influência na resistência e, principalmente, na rigidez da ligação.

A aplicação de nanofluidos em tubos de calor em geral apresenta resultados experimentais satisfatórios em estudos buscando obter uma redução na resistência térmica do tubo de calor. No entanto, os estudos computacionais existentes associando tubos de calor e nanofluidos apresentam resultados conflitantes e carecem de uma discussão mais aprofundada a respeito da validade dos modelos utilizados para a representação computacional do comportamento de um nanofluido em tubo de calor, especialmente utilizando materiais e fluidos não convencionais como nanotubos de carbono ou etilenoglicol. Assim, o presente estudo busca avaliar a exatidão e a precisão obtida em uma série de simulações computacionais utilizando diferentes equações disponíveis na literatura para a modelagem de um nanofluido em um tubo de calor por meio da comparação com dados experimentais da literatura. Esta modelagem utiliza o método dos volumes finitos e permite determinar o efeito da variação dos modelos de propriedades e da concentração volumétrica de um nanofluido nos campos de temperaturas e nas resistências térmicas resultantes das simulações. Os resultados obtidos apresentam concordância com o comportamento esperado do ponto de vista qualitativo, mas falham em representar quantitativamente o comportamento da seção do evaporador dos tubos de calor estudados, apresentando variações máximas entre 1,5% e 23,9% em relação às temperaturas medidas experimentalmente. Isso pode ser justificado pelo fato de que a modelagem do fenômeno de ebulição de um nanofluido é mais complexa do que a modelagem utilizada atualmente em simulações computacionais. Essa consideração possui suporte na literatura e cria possibilidades para pesquisas futuras. / Application of nanofluids in heat pipes usually presents satisfactory experimental results in studies seeking to reduce the thermal resistance of the heat pipe. However, the existing computational studies connecting heat pipes and nanofluids present conflicting results and lack a deeper discussion regarding the validity of the models currently used for the computational representation of the behavior of a nanofluid in a heat pipe, especially using unusual materials and fluids, like carbon nanotubes or ethylene glycol. Thus, the present study seek to analyze the accuracy and the precision obtained in a set of computational simulations using pre-established equations for the modeling of a nanofluid in a heat pipe by using a direct comparison with existing experimental data. This modeling uses the finite volume method and permits to determine the effect of the variation of the properties models and the volume fraction of a nanofluid in the resulting temperature fields and the thermal resistances of the simulations. The obtained results show agreement with the expected behavior qualitatively, but fail to represent the phenomenon quantitatively, presenting maximum variations between 1,5% and 23,9% comparing to the experimentally measured average temperatures. This is justified by the hypothesis that the ebullition phenomenon modeling is more complex than the modeling currently used for computational simulations. This hypothesis is supported by the literature and creates possibilities for future researches.

O presente trabalho, inicialmente, apresenta uma revisão a cerca de vários métodos de análise de fadiga e tolerância ao dano em materiais compósitos e, em particular, o conceito de elemento crítico e o método da resistência residual é estudado e aplicado à análise de materiais compósitos poliméricos, reforçados por fibras contínuas, sob cargas cíclicas. Casos de laminados com concentradores de tensão são também abordados, principalmente, devido ao crescente emprego de materiais compósitos. Diante do contexto apresentado, o presente trabalho buscou desenvolver uma ferramenta computacional, que fosse capaz de prever de forma consistente tanto a vida em fadiga de estruturas em material compósito como a resistência residual dessas estruturas sob a ação de carregamentos cíclicos. Dessa forma, um modelo baseado na resistência residual, que envolve integração numérica, é implementado em um programa computacional denominado SAFECom (Sistema de Análise de Fadiga de Estruturas em Compósito), o qual é aplicado a alguns estudos de casos. O SAFECom foi, então, avaliado, comparando resultados obtidos com dados da literatura. Verifica-se uma boa convergência entre os resultados nessa fase de avaliação. Por fim, são listadas possibilidades de aprimoramento do programa, que podem torná-lo aplicável a outros estudos de casos não abordados no presente trabalho, além da avaliação do mesmo através de ensaios experimentais. / This work firstly presents an overview about various methods of analysis of fatigue and damage tolerance of composite materials and, in particular, the concept of critical element and the method of residual strength are studied and applied to the analysis of polymer composites reinforced by continuous fibers under cyclic loading. Cases of laminates with stress concentrators are also addressed, mainly due to increasing use of composite materials. In this context, this work aimed to develop a computational tool that was able to consistently predict both the fatigue life of structures in composite material and the residual strength of these structures under the action of cyclic loads. Thus, a model based on residual strength, which involves numerical integration, is implemented in a computer program called SAFECom (System of Analysis of Fatigue for Composites), which is applied to some case studies. The SAFECom is evaluated by comparing results obtained from literature data. There is a good convergence between the results of this assessment. Finally, possibilities for improvement are listed on the program that can make it applicable to other case studies, which were not covered in this study, in addition to its evaluation by experimental tests.

O presente trabalho, inicialmente, apresenta uma revisão a cerca de vários métodos de análise de fadiga e tolerância ao dano em materiais compósitos e, em particular, o conceito de elemento crítico e o método da resistência residual é estudado e aplicado à análise de materiais compósitos poliméricos, reforçados por fibras contínuas, sob cargas cíclicas. Casos de laminados com concentradores de tensão são também abordados, principalmente, devido ao crescente emprego de materiais compósitos. Diante do contexto apresentado, o presente trabalho buscou desenvolver uma ferramenta computacional, que fosse capaz de prever de forma consistente tanto a vida em fadiga de estruturas em material compósito como a resistência residual dessas estruturas sob a ação de carregamentos cíclicos. Dessa forma, um modelo baseado na resistência residual, que envolve integração numérica, é implementado em um programa computacional denominado SAFECom (Sistema de Análise de Fadiga de Estruturas em Compósito), o qual é aplicado a alguns estudos de casos. O SAFECom foi, então, avaliado, comparando resultados obtidos com dados da literatura. Verifica-se uma boa convergência entre os resultados nessa fase de avaliação. Por fim, são listadas possibilidades de aprimoramento do programa, que podem torná-lo aplicável a outros estudos de casos não abordados no presente trabalho, além da avaliação do mesmo através de ensaios experimentais. / This work firstly presents an overview about various methods of analysis of fatigue and damage tolerance of composite materials and, in particular, the concept of critical element and the method of residual strength are studied and applied to the analysis of polymer composites reinforced by continuous fibers under cyclic loading. Cases of laminates with stress concentrators are also addressed, mainly due to increasing use of composite materials. In this context, this work aimed to develop a computational tool that was able to consistently predict both the fatigue life of structures in composite material and the residual strength of these structures under the action of cyclic loads. Thus, a model based on residual strength, which involves numerical integration, is implemented in a computer program called SAFECom (System of Analysis of Fatigue for Composites), which is applied to some case studies. The SAFECom is evaluated by comparing results obtained from literature data. There is a good convergence between the results of this assessment. Finally, possibilities for improvement are listed on the program that can make it applicable to other case studies, which were not covered in this study, in addition to its evaluation by experimental tests.