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Interação entre um fluido viscoso e um núcleo cilíndrico sólido central confinados em uma casca cilíndrica.Domingos Sávio Aguiar 00 December 1997 (has links)
Na presente investigação, o movimento transiente de um vaso cilíndrico, interagindo com um fluido viscoso e um núcleo cilíndrico sólido central, é simulado usando-se um elemento de casca axisimétrico com dois pontos nodais para a parede do cilindro, e elemento isoparamétrico de oito pontos nodais para o líquido. Aplica-se o método dos pesos residuais de Galerkin para as equações de Navier-Stokes expressas em coordenadas polares. Para a casca cilíndrica, emprega-se a teoria clássica linear de Novozhilov. O problema do acoplamento dinâmico transiente é resolvido com o auxílio do procedimento de Newmark da aceleração média para a casca, e no caso do elemento de fluido, emprega-se o esquema "Diferença Retrógrada" de Euler. Para a investigação teórica, são realizados cálculos para determinar o deslocamento, velocidade e aceleração de pontos da parede externa do cilindro, que é engastada na base, aberta e livre na extremidade, sujeita a uma força inicial, que varia linearmente a partir da base. É observada uma resposta com decaimento monótono harmônico, típico de um sistema amortecido, e dessa forma, estima-se as freqüências naturais de acoplamento. Conclui-se que a acurácia dos resultados são obtidas se o refinamento é confinado à região exatamente abaixo da superfície livre. Um estudo adicional está presente, considerando o "Fluxo Circular em Regime Permanente" de um fluido preenchendo outro vaso cilíndrico rígido com um núcleo central. Nesse estudo as hipóteses adotadas na primeira investigação são mantidas, mas nesse caso é suposto que o núcleo interno impõe um movimento rotativo ao fluido. O comportamento das pressões e velocidades são descritos para várias velocidades angulares do núcleo em duas diferentes malhas de elementos finitos.
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Análise numérica e experimental dos efeitos da não-uniformidade da espessura em cascas finas cilíndricas rotativas. / Numerical and experimental analysis of the thickness non-uniformity effects in rotating circular cylindrical shells.Brujas, Marco Antonio 17 May 2007 (has links)
Cascas cilíndricas circulares com uma pequena variação de espessura ao longo de seu comprimento, quando submetidas à rotação, apresentam em alguns casos, deslocamentos elásticos de sua superfície externa, tendendo a uma forma de um oval. O objetivo deste trabalho é estabelecer a relação entre a variação de espessura das cascas cilíndricas com a sua deformação devida às forças centrífugas medida durante a rotação utilizando-se dois enfoques, um experimental e outro numérico, no caso o método de elementos finitos (MEF). As cascas cilíndricas estudadas tiveram sua espessura de parede medidas por meio de aparelho de ultra-som, mas por serem fabricadas em ferro fundido cinzento, as suas lamelas de grafita atuam como refletores, o que torna a medição imprecisa. Os resultados da análise numérica encontrados se relacionam bem com os experimentais de maneira qualitativa, mas divergem na forma quantitativa. Modelos de cascas com variação de espessura imposta também foram criados e analisados usando-se o método de elementos finitos de forma a se avaliar o comportamento da casca cilíndrica sob diversas configurações de distribuição da variação da espessura. Sugere-se a pesquisa de novas tecnologias para medições por ultra-som de peças fabricadas de ferro fundido com grafita lamelar. Neste trabalho, a medição da forma oval foi feita utilizando-se sensores de proximidade do tipo \"eddy-current\". / Circular cylindrical shells with small thickness variations along their body, when submitted to rotation, present, in some cases, elastic displacements of their outside surface induced by centrifugal forces leading to final oval like shapes. The main purpose of this study is to establish relationships between thickness variation of the cylindrical shells with their measured deformation during the rotation, due to centrifugal forces, using two approaches, one experimental and the other one numerical, in the latter case the finite element method (FEM). The studied cylindrical shells had their wall thickness measured by means of an ultrasound device. The used material is flake graphite cast iron (gray cast iron). The graphite flakes act as reflectors, what makes such measurements imprecise. The numerical results found are satisfactory in a qualitative way, but they disagree in the quantitative form. Shell models with theoretical imperfections also were created and analyzed using the finite element method in order to evaluate the behavior of the cylindrical shell under several configurations of distribution of the shell thickness variation. Further research is necessary on new technologies to measure the thickness of pieces manufactured of flake graphite cast iron. In this research, the oval shape measurements were done by means of eddy-current proximity sensors.
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Uma introdução à influência da interação modal nas oscilações não lineares de cascas cilíndricas / An introduction to the influence of modal interactions in non-linear oscillations of cylindrical shellsRodrigues, Lara 14 February 2013 (has links)
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Previous issue date: 2013-02-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The aim of this work is to investigate the interaction and modal coupling phenomena on the
nonlinear vibrations of simply supported cylindrical shell subject to both harmonic axial and
lateral loads. The equations of motion of the cylindrical shell are deduced from their energy
functionals and the strain field is based on the nonlinear Donnell shallow shell theory. Finally,
the problem is reduced to a system of nonlinear ordinary differential equations by the
application of the standard Galerkin method. The modal expansion that describes the
transverse displacement of the shell is obtained by applying perturbation techniques, which
identifies the importance of each term in the modal expansion by the power of the
perturbation parameter. The Karhunen-Loève method is applied in order to verify the
importance of each term in the modal expansion, quantifying the contribution of each of these
terms in the total energy of the system. The starting solution used in the perturbation
procedure contains two modes of vibration with the same natural frequency and their
respective companion modes, yielding a modal expansion able to describe the modal
interaction between these two modes. Then, the influence of modal interaction on the
nonlinear behavior of the cylindrical shell, subjected to both lateral and axial harmonic load is
studied. From the analysis of the resonance curves, the parametric instability and escape
boundaries, the bifurcation diagrams, the basins of attraction and phase portraits of the
cylindrical shell is possible to identify situations in which the consideration of modal
interaction is necessary. / Neste trabalho estudam-se as vibrações não lineares de cascas cilíndricas simplesmente
apoiadas sujeitas a um carregamento lateral e a um carregamento axial, ambos harmônicos,
com o objetivo de se analisar fenômenos como o acoplamento e a interação modal. As
equações de movimento da casca cilíndrica são deduzidas a partir de seus funcionais de
energia. O campo de deformações da casca cilíndrica é descrito com base na teoria não linear
de Donnell para cascas esbeltas e o problema é reduzido a um sistema de equações
diferenciais ordinárias não lineares a partir da aplicação do método de Galerkin. As expansões
modais que descrevem o campo de deslocamento transversal da casca são obtidas através da
aplicação do método da perturbação, que identifica a importância de cada termo da expansão
modal a partir da potência do parâmetro de perturbação. O método de Karhunen-Loève é
aplicado a fim de se verificar a importância de cada termo da expansão modal, quantificando
a participação de cada um desses termos na energia total do sistema. Utilizam-se, como
solução inicial do método da perturbação, dois modos de vibração com frequência natural
igual e com seus respectivos companion modes, obtendo-se uma expansão modal capaz de
descrever a interação modal entre esses dois modos. Em seguida, analisa-se a influência da
interação modal no comportamento não linear da casca cilíndrica submetidas a cargas laterais
e axiais harmônicas. A partir da análise das curvas de ressonância, das fronteiras de
instabilidade paramétrica, dos diagramas de bifurcação, das bacias de atração e dos planosfase
da casca cilíndrica é possível identificar em quais situações de carregamento a
consideração da interação modal se faz necessária.
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Ferramentas analíticas e numéricas para a descrição da secagem de sólidos na forma de cilindros e de elipsóides.SILVA, Cleide Maria Diniz Pereira da Silva e. 04 October 2018 (has links)
Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-10-04T15:09:34Z
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CLEIDE MARIA DINIZ PEREIRA DA SILVA E SILVA - TESE (PPGEP) 2012.pdf: 6234147 bytes, checksum: b7947b5fad59d344ecc513171bbe4d2c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-04T15:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1
CLEIDE MARIA DINIZ PEREIRA DA SILVA E SILVA - TESE (PPGEP) 2012.pdf: 6234147 bytes, checksum: b7947b5fad59d344ecc513171bbe4d2c (MD5)
Previous issue date: 2012-03-23 / Este trabalho tem como objetivo estudar o fenômeno da difusão transiente de massa em
sólidos com formas cilíndricas e elipsoidais. O estudo apresenta soluções para a equação de difusão com condição de contorno do terceiro tipo. Foram desenvolvidas ferramentas analíticas (otimizador acoplado à solução analítica) e numéricas para a descrição da difusão de massa em produtos com as formas mencionadas. Para as soluções numéricas propostas, a equação de difusão bidimensional foi discretizada usando o método dos volumes finitos, com uma formulação totalmente implícita, usando coordenadas cilíndricas e generalizadas. Para a solução numérica em coordenadas cilíndricas, foi desenvolvido um software na plataforma Windows, utilizando a linguagem de programação Fortran, incluindo a interface gráfica com o usuário. O software gerou resultados coerentes e consistentes em todos os testes efetuados, e foi validado para cilindros tanto com parâmetros termo-físicos constantes quanto variáveis. Pode-se concluir que as ferramentas desenvolvidas são adequadas para o estudo de problemas difusivos em geral. As ferramentas desenvolvidas foram usadas para descrever o processo de secagem de bananas inteiras e em pedaços cilíndricos de vários comprimentos. Na descrição, foram usados dois modelos. No primeiro modelo foram considerados volume e difusividade efetiva de massa constantes e, no segundo, estes parâmetros foram considerados variáveis. Conclui-se que o segundo modelo descreve o processo melhor que o primeiro, com excelentes indicadores estatísticos na descrição da cinética de secagem. / This work has the objective of studying the transient diffusion phenomena of mass in solids with cylindrical and ellipsoidal shape. The study presents solutions for the diffusion equation with boundary condition of the third kind. Analytical (optimizer coupled with the analytical solution) and numerical tools were developed for the description of the diffusion of mass in products with the mentioned shapes. For the numerical solutions proposed, the two-dimensional diffusion equation was discretized using the finite volume method, with fully implicit formulation, using cylindrical and generalized coordinates. For the numerical solution in cylindrical coordinates it was developed a software in the Windows platform, using the programming language Fortran, including graphic interface with the user. The software generated consistent results in all of the tests performed, and was validated for cylinders with constant or variable thermo-physical parameters. We can conclude that the tools developed are appropriate to the study of diffusive problems in general. The developed tools were used to describe drying of whole bananas and in cylindrical pieces, with several lengths. Two models were used to describe the process. Model 1, with constant volume and mass diffusivity; and model 2, in which these parameters were considered variable. Model 2 is better than model 1, and the statistical indicators are excellent in the description of the drying kinetics.
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Análise numérica e experimental dos efeitos da não-uniformidade da espessura em cascas finas cilíndricas rotativas. / Numerical and experimental analysis of the thickness non-uniformity effects in rotating circular cylindrical shells.Marco Antonio Brujas 17 May 2007 (has links)
Cascas cilíndricas circulares com uma pequena variação de espessura ao longo de seu comprimento, quando submetidas à rotação, apresentam em alguns casos, deslocamentos elásticos de sua superfície externa, tendendo a uma forma de um oval. O objetivo deste trabalho é estabelecer a relação entre a variação de espessura das cascas cilíndricas com a sua deformação devida às forças centrífugas medida durante a rotação utilizando-se dois enfoques, um experimental e outro numérico, no caso o método de elementos finitos (MEF). As cascas cilíndricas estudadas tiveram sua espessura de parede medidas por meio de aparelho de ultra-som, mas por serem fabricadas em ferro fundido cinzento, as suas lamelas de grafita atuam como refletores, o que torna a medição imprecisa. Os resultados da análise numérica encontrados se relacionam bem com os experimentais de maneira qualitativa, mas divergem na forma quantitativa. Modelos de cascas com variação de espessura imposta também foram criados e analisados usando-se o método de elementos finitos de forma a se avaliar o comportamento da casca cilíndrica sob diversas configurações de distribuição da variação da espessura. Sugere-se a pesquisa de novas tecnologias para medições por ultra-som de peças fabricadas de ferro fundido com grafita lamelar. Neste trabalho, a medição da forma oval foi feita utilizando-se sensores de proximidade do tipo \"eddy-current\". / Circular cylindrical shells with small thickness variations along their body, when submitted to rotation, present, in some cases, elastic displacements of their outside surface induced by centrifugal forces leading to final oval like shapes. The main purpose of this study is to establish relationships between thickness variation of the cylindrical shells with their measured deformation during the rotation, due to centrifugal forces, using two approaches, one experimental and the other one numerical, in the latter case the finite element method (FEM). The studied cylindrical shells had their wall thickness measured by means of an ultrasound device. The used material is flake graphite cast iron (gray cast iron). The graphite flakes act as reflectors, what makes such measurements imprecise. The numerical results found are satisfactory in a qualitative way, but they disagree in the quantitative form. Shell models with theoretical imperfections also were created and analyzed using the finite element method in order to evaluate the behavior of the cylindrical shell under several configurations of distribution of the shell thickness variation. Further research is necessary on new technologies to measure the thickness of pieces manufactured of flake graphite cast iron. In this research, the oval shape measurements were done by means of eddy-current proximity sensors.
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Desenvolvimento de uma estratégia de medição, baseada em nurbs, para determinação do desvio total de perfil (fα) de engrenagens cilíndricas de dentes retos usando MMCsNóbrega, Luiz Henrique Melo Silva 07 May 2016 (has links)
Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-05-23T14:51:55Z
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Previous issue date: 2016-05-07 / For many years the power transmission and movement for gears has been an important technology in the automotive, mechanical and aeronautical industries, justifying the considerable number of research carried out under the quality control of these components. Nowadays, involute profile inspections of cylindrical gears have been carried out using CNC Coordinate Measuring Machines (CMMs) with rotary tables and dedicated measurement software, equipped with contact scanning sensors, Touch Trigger Probes – TTP or non-contact, Laser. However, many companies that manufacture and inspect gears use manual CMMs with point to point sensors, thus being unable to issue the profile deviation report. In respect, the motivation for this research is to develop and validate inspection strategies for determining the Total Profile Deviation (Fα) of spur gears, according to ISO 1328, using of a mathematical tool NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) and CMMs manual. Strategies for changing the NURBS weight parameter wi also were applied to assist in inspection definition procedure, and this is one more degree of freedom. In the first moment, before the execution of experimental procedures, simulations were carried out on a computational system and showed satisfactory results. For the experimental tests, a manual CMM MICRO-HITE 3D model was used with point to point sensor. Simulations and experimental results showed that the NURBS technique contributes to manual CMM application using Touch Trigger Probes in measuring the spur gears involute profile. The experimental results showed the methodology efficacy. / Por muitos anos a transmissão de movimento e de potência por engrenagens tem sido uma tecnologia importante nas indústrias automotiva, mecânica e aeronáutica, justificando assim a considerável quantidade de pesquisas realizadas no âmbito do controle de qualidade destes componentes. Atualmente, inspeções dos perfis evolventes de engrenagens cilíndricas vêm sendo realizadas utilizando Máquinas de Medição por Coordenadas (MMCs) CNC com mesas rotativas e softwares de medição dedicados, equipadas com sensores por contato de escaneamento, do tipo Touch Trigger Probe – TTP, ou sem contato, Laser. Porém, muitas empresas que fabricam e inspecionam engrenagens utilizam MMCs manuais com sensores do tipo ponto a ponto, ficando assim impossibilitadas de emitir o relatório de desvio de perfil. Neste sentido, a motivação para esta pesquisa é desenvolver e validar estratégias de inspeção para determinação do Desvio Total de Perfil (Fα) de engrenagens cilíndrica de dentes retos, segundo a norma ISO 1328, fazendo o uso da ferramenta matemática NURBS (Non – Uniform Rational B-Splines) e de MMCs manuais. Estratégias para alteração do parâmetro peso wi das NURBS também serão aplicadas para auxiliar na definição do procedimento de inspeção, sendo este um grau de liberdade a mais do modelo. No primeiro momento, antes da execução dos procedimentos experimentais, simulações foram realizadas em um sistema computacional, e apresentaram resultados satisfatórios. Para os testes experimentais foi utilizada uma MMC manual modelo MICRO-HITE 3D, com sensor do tipo ponto a ponto. Resultados de simulações e experimentais mostraram que a técnica NURBS contribui para aplicação de MMC manual usando sensor Touch Trigger na medição do perfil evolvente de engrenagens cilíndricas de dentes retos. Os resultados experimentais demonstraram a eficácia da metodologia desenvolvida.
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Aplicação do polinômio de Hermite-Caos para a determinação da carga de instabilidade paramétrica de cascas cilíndricas com incerteza nos parâmetros físicos e geométricos / Application of Chaos-Hermite polynomial for determining the load of parametric instability of cylindrical shells witn uncertainty in physical and geometrical parametersBrazão, A. F. 04 April 2014 (has links)
Submitted by Luanna Matias (lua_matias@yahoo.com.br) on 2015-02-04T20:56:59Z
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Previous issue date: 2014-04-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The present study aims to investigate the influence of uncertainties in physical and geometric parameters to obtain the load parametric instability of cylindrical shell, using the Galerkin method with the stochastic polynomial Hermite-Caos. The nonlinear equations of motion of the cylindrical shell are deduced from their functional power considering the strain field proposed by Donnell´s nonlinear shallow shell theory. The uncertainties are considered as random parameters with probability density function known in the partial differential equation of motion of the cylindrical shell, which it becomes a stochastic partial differential equation due to the presence of randomness. First, the discretization of the stochastic problem is performed using the stochastic Galerkin method together with polynomial Hermite-Chaos, to transform the stochastic partial differential equation into a set of equivalent deterministic partial differential equations, which take into account the randomness of the system. Then, the discretization of the lateral field displacement is made by a perturbation procedure, indicating the nonlinear vibration modes which couple to the linear vibration mode. The set of partial differential equations is transformed into a deterministic system of equations deterministic ordinary second order in time. Uncertainty is considered in one of its parameters: the Young modulus, thickness and amplitude of initial geometric imperfection. Then we analyze the influence of randomness in two parameters simultaneously: the thickness and the Young modulus. Once obtained the system of ordinary differential equations deterministic containing the randomness of the parameters, the integration over discrete time system is made from the Runge- Kutta fourth order to obtain results as the time response, bifurcation diagrams and
boundaries of instability which are compared with deterministic analysis, indicating that
polynomial Hermite-Chaos is a good numerical tool for predicting the load parametric
instability without the need to perform a process of sampling. / O presente trabalho tem como objetivo investigar a influência de incertezas nos parâmetros
físicos e geométricos para a determinação da carga de instabilidade paramétrica da casca
cilíndrica, utilizando o método de Galerkin Estocástico juntamente com o polinômio de
Hermite-Caos. As equações não-lineares de movimento da casca cilíndrica são deduzidas a
partir de seus funcionais de energia considerando o campo de deformações proposto pela
teoria não linear de Donnell para cascas esbeltas. As incertezas são consideradas como
parâmetros aleatórios com função de densidade de probabilidade conhecida na equação
diferencial parcial de movimento da casca cilíndrica, que passa a ser uma equação diferencial
parcial estocástica devido à presença da aleatoriedade. Primeiramente, faz-se a discretização
do problema estocástico utilizando o método de Galerkin Estocástico juntamente com o
polinômio de Hermite-Caos, para transformar a equação diferencial parcial estocástica em um
conjunto de equações diferenciais parciais determinísticas equivalentes, que levem em
consideração a aleatoriedade do sistema. Em seguida, apresenta-se a discretização do campo
de deslocamentos laterais através do Método da Perturbação, indicando os modos não-lineares
de vibração que se acoplam ao modo linear de vibração, para que o conjunto de equações
diferenciais parciais determinísticas seja transformado em um sistema de equações ordinárias
determinísticas de segunda ordem no tempo. A incerteza é considerada inicialmente em
apenas um de seus parâmetros: no módulo de elasticidade, na espessura e na amplitude da
imperfeição geométrica inicial. Em seguida, analisa-se a influência de aleatoriedades em dois
parâmetros simultaneamente, sendo eles: a espessura e o módulo de elasticidade. Uma vez
obtido o sistema de equações diferenciais ordinárias determinísticas que contêm as aleatoriedades dos parâmetros, a integração ao longo do tempo do sistema discretizado é feita a partir do método de Runge-Kutta de quarta ordem, obtendo-se resultados como resposta no tempo, diagramas de bifurcação e fronteiras de instabilidade, que são comparados com análises determinísticas, indicando que o polinômio de Hermite-Caos é uma boa ferramenta numérica para prever a carga de instabilidade paramétrica sem a necessidade de se realizar um processo de amostragens.
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Instabilidade dinâmica de cascas cilíndricas laminadas submetidas a fluido e temperatura / Dynamic instability of cylindrical shells with fluid and temperature dependencesMartins, Vitor Escher 24 June 2014 (has links)
Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2015-03-27T12:06:51Z
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Previous issue date: 2014-06-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Over the years, fiber-reinforced composite laminated shells have been widely used as structural components in several engineering areas and industrial applications. These structures can been subjected to extreme working conditions, either by a fluid structure interaction or even by both dynamic external load and thermal load that provides additional compressive stresses acting along the shell. In the present work, the nonlinear dynamic behavior and stability of fluid-filled laminated cylindrical shells under both thermal and lateral loads is investigated. To model the shell the nonlinear Amabili-Reddy Higher-Order Shear Deformation Theory is applied, the hydrodynamic pressure of the fluid is model by the potential flow theory and a linear temperature distribution is proposed along the thickness of the shells. Classical shells theories, which neglect shear deformation and rotary inertia, give inaccurate analysis results for moderately thick laminated shells. Due to this limitation, higher-order shear deformation theories can represent better the kinematics behavior and can yield more accurate interlaminar stress.To discretize the shell a 23 d.o.f. displacement field is used containing the axial, circumferential, lateral displacements, rotations as well as the coefficients to consider the shear effect. The Ritz method is applied in order to obtain a set of nonlinear ordinary differential equations of motions, which are in turn solved by the Runge-Kutta method. The obtained resonance curves and bifurcation diagrams show the great influence of both laminated material and the temperature on the nonlinear behavior of the shells. / Ao longo dos anos cascas cilíndricas laminadas reforçadas com fibras têm sido amplamente utilizadas como componentes estruturais em diversas áreas da engenharia e aplicações industriais. Durante sua vida operacional, essas estruturas são constantemente submetidas às extremas condições de trabalho, seja em função da interação fluido- estrutura, cargas externas dinâmicas ou mesmo por cargas térmicas que produzem tensões adicionais de compressão sobre a superfície da casca. Neste trabalho será investigado o comportamento dinâmico não linear de cascas cilíndricas laminadas com a presença de um meio fluido em repouso no interior da casca, além de se estudar a influência de esforços laterais dinâmicos solicitantes, juntamente com a variações de temperatura. A teoria de Amabili-Reddy de deformação por cisalhamento de ordem superior é utilizada para modelar o comportamento mecânico dos esforços e deformações da casca, garantindo assim, uma melhor distribuição das tensões interlaminares, ou seja, ao longo de sua direção radial. A análise é realizada para cascas simplesmente apoiadas, em que são consideradas três expansões de deslocamento, respectivamente nas direções longitudinal, circunferencial e radial, além de duas expansões para as rotações da linha neutra nos planos xz z, discretizando o problema em 23 graus de liberdade. O método de Ritz é aplicado para a obtenção do sistema de equações de movimento não linear (EDO), além do método de Runge-Kutta de 4º Ordem e o método de Força Bruta que são utilizados para se investigar o comportamento dinâmico das análises em questão.
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