Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-03-17T11:04:02Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-03-17T11:04:02Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-06-09T18:33:58Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-06-09T18:33:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertação (Mestrado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Vinicius Augusto Matheus Rosa null (vinicius91027@aluno.feis.unesp.br) on 2016-09-25T14:21:09Z No. of bitstreams: 1 Vinicius Rosa-PDF_FINAL.pdf: 3807538 bytes, checksum: d62638a8fa9c1ae27ad1e162a2d1d068 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-27T14:30:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rosa_vam_me_ilha.pdf: 3807538 bytes, checksum: d62638a8fa9c1ae27ad1e162a2d1d068 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T14:30:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rosa_vam_me_ilha.pdf: 3807538 bytes, checksum: d62638a8fa9c1ae27ad1e162a2d1d068 (MD5) Previous issue date: 2016-07-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho analisa um método de Monitoramento da Integridade de Estruturas (SHM, do inglês Structural Health Monitoring) usando funções erro calculadas a partir de ondas guiadas que são refletidas nos danos. Este método foi primeiro testado por Gorgin et al em 2014, que apresentou o método aplicado para materiais isotrópicos. A abordagem é testada experimentalmente em materiais anisotrópicos e isotrópicos. O sinal da estrutura intacta, que será referido como baseline e o sinal atual para cada caminho de propagação (entre dois transdutores PZT) são medidos e a energia do sinal de dispersão para cada caminho é calculada em um dado intervalo. Assumindo que existe dano no ponto avaliado, a onda irá refletir neste ponto e se propagar até o sensor. A técnica é baseada no tempo de propagação (time-of-flight) entre o atuador (primeiro transdutor PZT) até o ponto avaliado mais o tempo de propagação do ponto avaliado até o sensor (segundo transdutor PZT, em uma configuração pitch-catch) para cada ponto da estrutura. A velocidade de propagação em materiais anisotrópicos é dependente da direção de propagação. Isto não acontece em materiais isotrópicos, onde a velocidade de propagação é constante e não é dependente da direção de propagação. No caso de materiais anisotrópicos as velocidades de propagação para diferentes direções foram calculadas experimentalmente e incorporadas ao algoritmo para calcular o time-of-flight corretamente para todos os pontos da estrutura. A energia do sinal de dispersão é calculada em um intervalo baseado no time-of-flight de cada posição analisada. A estimativa da localização do dano é definida através de uma função erro resultante para cada ponto da área monitorada. Como a função erro é baseada na interferência do dano na propagação de ondas guiadas, o maior valor da função erro mostra uma menor probabilidade de dano naquela posição. Uma imagem é gerada com um valor da função erro para cada ponto avaliado da estrutura. A função erro compara valores de energia nos devidos intervalos para cada par de transdutores PZT. O método foi aplicado para várias frequências de excitação, afim de obter-se um resultado melhor. / This work highlights a method for Structural Health Monitoring using error functions computed from guided waves reflected from damage. This method was first tested by Gorgin et al in 2014, who presented the method for isotropic plates. The approach is experimentally tested on anisotropic and isotropic specimens such as composite and aluminum plates, respectively. The baseline and test signals of each sensing path (between two PZT transducers) are measured and the energy of the scatter signal for each path is calculated in a given range. The structure is meshed and the middle point of each component is considered in the calculations. Assuming that there is damage in the evaluated position, the wave will reflect at this point and propagate to the next transducer. The technique is based in the time-of-flight between the actuator (first PZT transducer) and the evaluated point plus the time-of-flight of the evaluated point to the sensor (second PZT transducer, for a pitch-catch configuration) for each mesh component of the structure. The wave speeds in anisotropic specimens are propagation direction dependent. It does not happen in isotropic materials, which have the wave speed constant and non-dependent of the propagation direction. In the case of anisotropic materials, the wave speed for different angles were experimentally computed and incorporated in the algorithm in order to calculate the proper time-of-flight. The energy of the scatter signal is computed in a time range based on the time of flight of each analyzed position. The estimated damage location is defined through a resultant error function for each evaluated point in the monitored area. As the error function is based on the interference of the damage in the propagation of guided waves, the higher value of the error implies the less likelihood of damage in that position. An image is generated with an error value for each mesh position in the plate. This error function compares the energy in the given ranges for each pair of transducers. In addition, several frequencies were tested and the results for each one were combined in order to get a better result. / CNPq: 160328/2014-4

O presente trabalho trata do estudo referente ao desempenho da fibra vegetal amazônica curauá (Ananas erectifolius) aplicada no processo de produção dos painéis de cimento portland, analisando a compatibilidade, os tratamentos realizados nas fibras de curauá, visando à melhoria das propriedades físicas e mecânicas dos painéis. A metodologia deste trabalho foi desenvolvida a partir da produção dos painéis cimento portland reforçados com fibras de curauá, variando os teores e os tipos de tratamentos realizados nas fibras vegetais, sendo realizados ensaios de caracterização da fibra para posteriormente justificar o comportamento da mesma nos painéis. O resultado obtido no ensaio de inibição classificou a fibra de curauá sem tratamento como alta inibição, verifcando a necessidade de se fazer tratamentos para sua aplicação. Os tratamentos realizados nas fibras de curauá influenciaram positivamente, tanto na compatibilidade entre o cimento e a fibra de curauá como no grau de cristalinidade da fibra de curauá. Para a produção dos painéis os tratamentos realizados não tiveram influência nas propriedades mecânicas. / The present work addresses the performance of the Amazon vegetal fiber curauá (Ananas erectifolius) as applied to the production process of portland cement panels, aimed at the improvement of the physical and mechanical properties of the panels. The methodology of this work was developed from the production of portland cement panels reinforced with curaua fibers, varyng of the amounts and the treatments applied to the vegetal fibers, being conducted tests for the fiber characterization to justify at a later stage the behavior of the latter in the panels. The results obtained from the inhibition test classified the curaua fiber without treatment as of high applied to the curaua fibers influenced positively both the compatibility between cement and the curaua fiber and the cristallinity degree of the curaua fiber. For the panels production the apllied treatments did not influence on mechanical properties.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Luiz dos Santos Silva.pdf: 2919586 bytes, checksum: 16be0b485378f56625d3954714b825d8 (MD5) Previous issue date: 2006-05-26 / Structures capable of absorbing large amounts of energy are of great interest, particularly for the automotive and aviation industries, to reduce tbe impact on passengers in the case of a collision. The energy absorption properties of composite materials structures can be tailored, thus making these structures an appealing option a substitute of more traditional structures in applications where energy absorption is crucial. ln this research, the influence of some parameters, which affect the energy absorption capacity of composite material tubes, was investigated. The tubes were fabricated by hand lay-up, using orthophthalic polyester resin and a plain weave E-glass fabric Test specimens were prepared and tested under compression load. The ?nfluence of the following parameters on the specific energy absorption capacity of the tubes was studied: fiber configuration (0/90? or ? 45?), tube cross-section (circular or square), and processing conditions (with or without vacuum). The results indicated that circular cross-section tubes with fibers oriented at 0/90? presented the highest level of specific energy absorbed. Further, specimens from tubes fabricated under vacuum displayed higher energy absorption capacity, when compared with specimens from tubes fabricated without vacuum. Thus, it can be concluded that the fabrication process with vacuum produce composite structures with better energy absorption capacity / Estruturas com alta capacidade de absor??o de energia s?o de grande interesse, tanto na ?rea automotiva quanto na aeron?utica, na busca de reduzir ao m?ximo a energia de impacto sobre os passageiros em caso de colis?o. As propriedades de estruturas de materiais comp?sitos podem ser projetadas para absorver energia, fazendo dessas estruturas uma op??o atraente para a substitui??o daquelas de materiais mais tradicionais, em aplica??es onde a capacidade de absor??o de energia ? fundamental. Neste estudo foi realizada uma an?lise da influ?ncia de alguns fatores que afetam a capacidade de absor??o de energia de tubos de materiais comp?sitos. Os tubos foram fabricados pelo processo de lamina??o manual com matriz de resina poli?ster insaturada ortoft?lica, tendo, como refor?o, tecido bidirecional de fibra de vidro E. Corpos-deprova foram produzidos dos tubos e submetidos a carregamento de compress?o. Foram investigadas as influ?ncias dos seguintes par?metros na capacidade de absor??o de energia espec?fica dos tubos: disposi??o de fibra (0/90? ou +/- 45?), forma da se??o transversal (circular ou quadrada), e processo de fabrica??o (com ou sem a aplica??o de v?cuo). Os resultados mostraram que os tubos de se??o transversal circular, com disposi??o de fibra a 0/90?, apresentaram os maiores valores de absor??o de energia espec?fica. Al?m disso, os corpos-de-prova de tubos submetidos ? aplica??o de v?cuo no processo de fabrica??o, apresentaram maiores valores de capacidade energia espec?fica, quando comparados com os corpos-de- prova de tubos fabricados sem aplica??o de v?cuo. Assim, pode-se concluir que o processo de fabrica??o com aplica??o de v?cuo proporciona aos comp?sitos confeccionados, melhores propriedades com rela??o ? absor??o de energia

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:58:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MariaKFM_DISSERT.pdf: 4478017 bytes, checksum: bb7d18f11901c25f02491e8c88ba1ff2 (MD5) Previous issue date: 2012-02-08 / Composite materials can be defined as materials formed from two or more constituents with different compositions, structures and properties, which are separated by an interface. The main objective in producing composites is to combine different materials to produce a single device with superior properties to the component unit. The present study used a composite consisting of plaster, cement, EPS, tire, PET and water to build prototype solar attempt to reduce the manufacturing cost of such equipment. It was built two box type solar cookers, a cooler to be cooled by solar energy, a solar dryer and a solar cooker concentration. For these prototypes were discussed the processes of construction and assembly, determination of thermal and mechanical properties, and raising the performance of such solar systems. Were also determined the proportions of the constituents of the composite materials according to specific performance of each prototype designed. This compound proved to be feasible for the manufacture of such equipment, low cost and easy manufacturing and assembly processes / Foi concebido e estudado um comp?sito de matriz cer?mica composto por gesso, cimento, EPS, pneu, PET e ?gua para construir prot?tipos solares competitivos em efici?ncia com outros equipamentos de materiais convencionais j? constru?dos e estudados e de menor custo de fabrica??o. Foram constru?dos dois fornos/fog?es solares tipo caixa, uma caixa t?rmica para ser refrigerada por energia solar, um secador solar e um fog?o solar a concentra??o. Foram determinadas as propor??es dos materiais constituintes do comp?sito em fun??o das especificidades de desempenho de cada prot?tipo projetado e de resultados alcan?ados pelos prot?tipos anteriormente estudados. Foram abordados os processos de constru??o e montagem de tais equipamentos e determinadas propriedades t?rmicas e mec?nicas. Avaliou-se tamb?m o desempenho de cada prot?tipo constru?do. Esse comp?sito mostrou-se vi?vel para fabrica??o de tais equipamentos, com baixo custo e f?ceis processos de fabrica??o e montagem

Materiais compósitos laminados possuem uma alta eficiência estrutural, mas que é comprometida pela baixa resistência a cargas de impacto. O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma metodologia de simulação numérica para a estimativa de danos causados por cargas de impacto a baixas velocidades em placas de material compósito laminado. Ensaios experimentais foram realizados em placas reforçadas com tecidos de fibra de carbono e matriz de resina epóxi. Foram avaliadas três espessuras. Os carregamentos de impacto com uma massa em queda livre foram pontuais e transversais à placa, com intervalos de energia variando entre 5J e 94J, com velocidades inferiores a 6 m/s. As simulações numéricas utilizaram um programa comercial de elementos finitos com integração explícita. Foram avaliados dois critérios de falha da lâmina. O primeiro é o critério de máxima tensão. O segundo é uma proposta de modificação no critério de falha de Hashin, para sua aplicação em laminados reforçados com tecidos bidirecionais. Também foram avaliados quatro diferentes critérios de degradação da lâmina. As evoluções das forças de contato entre o impactador e a placa foram muito bem representadas numericamente. As áreas e os comprimentos dos danos numéricos foram similares ou maiores que os medidos nos resultados experimentais. / Laminate composite materials have high structural efficiency, however it is jeopardized due the low strength to impact loads. The objective of this work is to develop a numerical simulation methodology that estimates the damage in laminate plates caused by low velocity impact. Experimental tests were performed on laminate plates reinforced with weaven carbon fibers and epoxi resine. Three thickness plates were evaluated. The impact loads were transversal and punctual. They were done with drop-test, the impact energy range is between 5J and 94J, and the velocities were lower than 6m/s. The numerical simulations were done with FEM commercial code with explict integration. Two lamina failure criteria were evaluated. The first is the maximum stress. The second is a proposed modification of the Hashin failure criterion in order to be applied on the fabric laminates. Four lamina degradation criteria were evaluated too. The numerical contatct loads between the plate and impactor were well represented. The numerical damaged areas and lengths were similar or greater than the experimental results.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Materiais compÃsitos vÃm sendo extensamente estudados, pois seu uso permite a obtenÃÃo de estruturas leves e resistentes, com bom isolamento tÃrmico e boa resistÃncia a fadiga. CompÃsitos laminados, foco do presente trabalho, sÃo compostos pelo empilhamento de um conjunto de lÃminas, cada uma composta de fibras unidirecionais imersas em uma matriz polimÃrica. Cascas laminadas sÃo utilizadas em muitas situaÃÃes prÃticas de interesse, como fuselagens de aeronaves, estruturas marÃtimas, dentre outras. Devido ao elevado nÃmero de variÃveis envolvidas no projeto de cascas laminadas, mÃtodos de otimizaÃÃo devem ser utilizados em seu projeto. Na anÃlise estrutural de tais cascas, devido ao seu complexo comportamento mecÃnico, mÃtodos numÃricos, como o MÃtodo dos Elementos Finitos (MEF), sÃo utilizados. De modo a determinar a capacidade Ãltima de carga em cascas laminadas, à necessÃrio considerar tanto a presenÃa de grandes deslocamentos (nÃo-linearidade geomÃtrica) quanto o comportamento nÃo- linear do material (nÃo-linearidade fÃsica). No presente trabalho, a nÃo-linearidade geomÃtrica foi introduzida utilizando a formulaÃÃo Lagrangiana Total aplicada a um elemento de casca abatida baseado na Teoria de Marguerre. O elemento foi implementado em um programa de cÃdigo-aberto e vÃrios exemplos com resposta analÃtica e numÃrica presentes na literatura foram tratados. Os resultados obtidos indicaram que o elemento à muito eficiente no tratamento de cascas com pequenas curvaturas iniciais sujeitas a deslocamentos moderadamente grandes. Jà a nÃo-linearidade fÃsica foi considerada por meio de modelos de falha progressiva, com a diminuiÃÃo instantÃnea das propriedades mecÃnicas das lÃminas que falham ao longo da anÃlise. TrÃs mÃtodos de falha progressiva distintos foram formulados e implementados em conjunto com a formulaÃÃo de anÃlise pelo MEF. Os resultados se mostraram promissores, com a correta obtenÃÃo das cargas de falha em laminados tanto submetidos a esforÃos axiais como de flexÃo, mostrando concordÃncia tanto com resultados numÃricos da literatura quanto com resultados experimentais. O desempenho mecÃnico da estrutura foi entÃo utilizado em um modelo de otimizaÃÃo com o objetivo de encontrar um esquema de laminaÃÃo Ãtimo. Neste trabalho, propÃe-se um Algoritmo GenÃtico com um esquema hÃbrido de computaÃÃo paralela para a otimizaÃÃo de laminados. Tal algoritmo utiliza uma configuraÃÃo em ilhas e pode ser executado tanto em clusters quanto em computadores pessoais. AlÃm disso, o algoritmo possui operadores especÃficos para a troca, adiÃÃo e eliminaÃÃo de camadas em laminados. As metodologias implementadas foram combinadas na otimizaÃÃo de placas e cascas laminadas tanto utilizando anÃlise linear quanto nÃo-linear. Nos exemplos lineares, o algoritmo foi verificado e os ganhos em eficiÃncia e tempo de execuÃÃo devidos à paralelizaÃÃo do algoritmo foram estudados. Mostrou-se que o algoritmo paralelo nÃo à somente mais rÃpido que o sequencial, mas tambÃm produz melhores resultados. Jà nos exemplos nÃo-lineares, foram obtidos projetos significativamente mais eficientes que aqueles obtidos utilizando anÃlise linear. / Composite materials are being extensively studied, as their use allows the design of structures that are lighter and stronger than their metal counterparts and feature good thermal insulation and fatigue resistance. Fiber Reinforced Composites (FRC), the focus of the present work, consist in stacking multiple laminae, each one consisting of unidirectional fibers embedded in a polymeric matrix. Laminated shells are used in many industrial applications, such as modern aircraft fuselages and wing systems, offshore structures, among others. Due to the many variables involved in the design of such structures, such as the number of layers (plies) and the mate- rial, thickness and fiber orientation of each layer, the traditional trial-and-error design procedure becomes arduous, which leads to the use of optimization techniques. In the structural analysis of laminated shells, numerical methods are commonly used, particularly the Finite Element Method (FEM), which is capable of modeling complex geometries, loads and boundary conditions. In order to determine the final load-carrying capacity of such shells, it is necessary to take into account not only the presence of large displacements (geometric non-linearity) but also its failure behavior (material non-linearity). In the present work, the geometric non-linearity was introduced by using the Total Lagrangian approach in a shallow shell finite element based on Marguerreâs Shell Theory. The element was implemented in an academic finite element software and multiple benchmark numerical examples were treated. The obtained results showed that the element is efficient when dealing with shells with small initial curvatures and moderately large displacements and rotations. The material non-linearity was considered by using progressive failure models, with the instantaneous degradation of the mechanical properties of layers that fail during the analysis. Three distinct progressive failure methods were formulated and implemented and the numerical examples yielded promissing results, with the correct determination of the ultimate failure load of laminates subjected to in-plane and bending loads, which were in good agreement with experimental and numerical results from the literature. The structural performance evaluated through the analysis procedure was then used in an optimization model in order to find the optimum stacking sequence for a given applied load. Here, a novel Genetic Algorithm with a hybrid computational parallelization scheme was proposed. The algorithm is based on the island model and can be executed in both clusters and personal computers alike. The algorithm was implemented and combined with the analysis procedures in the optimization of laminated shells considering both linear and non-linear analysis. In the linear examples, the algorithm was verified and the efficiency and execution time gains due to the parallel implementation were measured. The results show that the parallel algorithm not only runs faster than a sequential one, but also provides better results. In the non-linear examples, significant lighter and more efficient designs were obtained due to the consideration of the two types of non-linearities.

Orientador: Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-10T03:16:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paiva_SeilaVastiFariade_M.pdf: 1387945 bytes, checksum: 04ad3c76f01698f24ef5fd7ebfb49264 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Nesta dissertação é apresentada uma análise de problemas da mecânica da fratura elástica linear em estruturas bimateriais anisotrópicas. Utilizando o método dos elementos de contorno é possível calcular os fatores de intensidade de tensão em problemas planos (2D) devido à presença de trincas interfaciais entre as lâminas que compõem o material. A estrutura pode estar submetida à carregamento em modo I ou modo misto. O problema é modelado usando-se a técnica de sub-regiões para descrever cada um dos diferentes subdomínios, representado por cada material. Na interface das sub-regiões, em que o domínio é dividido, são impostas condições de equilíbrio de forças e continuidade de deslocamentos, exceto na região que corresponde à trinca. O comportamento singular apresentado pelo campo de tensões próximo à ponta da trinca é modelado com elementos de ponto a um quarto com singularidade de forças de superfície. São apresentados exemplos numéricos de problemas com carregamentos no plano. Foi também apresentada a análise de convergência de malhas, mostrando uma pequena dependência da discretização mesmo quando malhas pouco refinadas foram usadas. Alguns dos exemplos têm correspondentes na literatura, os quais foram utilizados para comparação com os resultados obtidos. Observou-se uma boa concordância na comparação dos resultados / Abstract: This thesis presents an analysis of problems of linear elastic fracture mechanics in anisotropic bimaterial structures. Using the boundary element method, it is possible to evaluate stress intensity factors in plane problems (2D) due to the presence of interfacial cracks between the laminae that constitute the material, when the structure is submitted to a mode I or in mixed mode loading. The problem is modeled using the subregion technique to describe each one of the different subdomains, represented by each material. On the interface of subregions, which the domain is divided, conditions of tractions equilibrium and displacements continuity are imposed, except in the corresponding crack region. The singular behavior presented by the stress field near the crack tip is modeled by traction singular quarter point element. Numerical examples of problems with in-plane loading are presented. Mesh convergence analyses are also presented, showing little dependence on the discretization even when coarse meshes were used. Some of these examples have correspondents in literature, that were used for comparisons with the obtained results. A good agreement in the comparisons of results was observed. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta uma metodologia utilizando técnicas de otimização estrutural para o projeto de placas feitas de material composto laminado sujeitas a interação fluido-estrutura. O procedimento de otimização busca o aumento da velocidade de ut- ter através da maximização das frequências naturais relacionadas aos modos de vibração que estão envolvidos no fenômeno. A analise de estabilidade aero elástica é feita através do método ZONA6 ou método de malha de dipolos, implementado no software ZAERO. O método dos elementos finitos e aplicado para resolver as equações de equilíbrio no modelo estrutural, a sensibilidade dos autovalores com relação as variáveis de projeto é calculada analiticamente e programação linear sequencial é aplicada. A maximização é feita usando dois métodos; o primeiro utiliza uma analise aero elástica para determinar qual modo causa o início de utter, o autovalor associado e então maximizado, na segunda estratégia um método de diferenças finitas é aplicado e as sensibilidades da velocidade de utter com respeito aos autovalores são calculadas, a analise de sensibilidade é usada para guiar o processo de otimização. Por fim, um processo de otimização topológica é aplicado para reduzir a massa das placas em estudo, usando a minimização de volume do material base com a densidade sendo a variável de projeto. / This work presents a structural optimization aided design methodology for composite laminated plates subject to fluid-structure interaction. The goal of the optimization procedure is to increase the flutter speed onset through the maximization of natural frequencies related to the vibration modes involved in the phenomenon. The aeroelastic stability analysis is performed using the ZONA6 method or Doublet mesh method by means of ZAERO software. The finite element method is applied to solve the structural model equilibrium equations, the eigenvalues sensitivities with respect to design variables are calculated analytically, and sequential linear programming is applied. The maximization is accomplished using two methods; the first method uses an aeroelastic analysis to determinate which eigenmode causes the flutter onset, and its eigenvalue is then maximized. In the second method, a forward finite difference method is applied and the flutter speed sensitivities with respect to the eigenvalues are calculated. This sensitivity is used to guide the optimization process. Finally, a topology optimization process is applied to reduce the mass of the plates under study, using the base material volume minimization with density as design variable.