Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This thesis aims to study the changes that may occur in transformer parameters when any type of deformation is caused in its windings. To verify such effects, it will be analyzed possible variations in electrical, magnetic and mechanical parameters, which may indicate a lifetime decay of such equipment. To conduct this work, it will be used two computational tools for transformer modeling: ATP (Alternative Transient Program) and FLUX 3D which employs the finite element method. Some deformations are then applied in the transformer windings in order to verify the aforementioned parameters. Therefore, with such studies and techniques able to detect mechanical deformations in transformer windings, a computer methodology is developed for carrying out a diagnosis before such kind of failure removes the transformer from operation. / Esta tese tem como objetivo estudar as alterações que possam ocorrer nos parâmetros de transformador quando algum tipo de deformação incidir em seus enrolamentos. Para a verificação de tais efeitos, optou-se por analisar possíveis variações em parâmetros elétricos, magnéticos e mecânicos as quais podem indicar um decaimento na vida útil de tal equipamento. Para o desenvolvimento de tal estudo optou-se por utilizar duas ferramentas computacionais para modelar o transformador: o software ATP (Alternative Transient Program) e o programa FLUX em sua versão 3D, o qual emprega o método de elementos finitos. Deformações serão aplicadas nos modelos e análises realizadas para a verificação dos parâmetros supracitados. De posse de tais análises e de técnicas já utilizadas para a detecção de deformações mecânicas nos enrolamentos de transformadores, será apresentada uma metodologia computacional para a realização de tal diagnóstico, antes que este tipo de falha possa retirar o transformador de operação. / Doutor em Ciências

Atualmente existem diversas aplicações envolvendo estmturas flexíveis, principalmente nos domínios da robótica ou ciência espacial. Geralmente, há a necessidade de projetar controladores para atenuarem, de forma ativa, as vibrações oriundas da ativação dos modos de vibração da estrutura, ativação esta provocada por algum esforço externo. A eficiência do controlador e, conseqüentemente, a sua aplicabilidade na prática dependem fundamentalmente da existência de um modelo dinâmico que seja realista e preditivo. Isto deve-se ao fato de que, significativas diferenças entre o modelo nominal (planta nominal) e a planta física podem fazer com que a lei de controle, projetada para o modelo nominal, leve a dinâmica do sistema em malha fechada à instabilidade. Portanto, dentre as etapas de um projeto envolvendo estruturas flexíveis, a fase de obtenção de um modelo dinâmico é fundamental. Entretanto, ao se realizar uma pesquisa bibliográfica envolvendo estruturas flexíveis, percebe-se um grande número de artigos devotados à teoria de controle, principalmente a partir dos anos oitenta, mas pouco se tem publicado especificamente sobre modelagem. Este foi o principal aspecto motivador da realização da presente dissertação, cujo primeiro objetivo é avaliar diversas técnicas de modelagem dinâmica para um tipo de estrutura que encontra bastante aplicação, principalmente no domínio da robótica flexível. Uma formulação analítica é desenvolvida, sendo determinadas assim as funções de transferência analíticas. Respostas freqüenciais oriundas destas funções de transferência servem de referência no processo de validação dos modelos, obtidos com as técnicas Formalismo Discreto {Lumped Mass Approach), Modos Assumidos e Deformações Polinomiais (derivada do método dos elementos finitos). Ao final, uma aplicação à robótica flexível é analisada sob a ótica da influência da dinâmica do atuador sobre a dinâmica estrutural. / Nowadays, several applications exist involvíng flexible structures, mainly in the domains of robotics or space sciences. Generally, it is necessary to project a control law to attenuate, in an active way, the vibrations originating from the structure modes activation, provoked by some externai effort. The efficiency of the control law, and consequently its practical implementation, depends fimdamentally on the existence of a realistic and predictive dynamic model. This happens because signifícant difFerences among the nominal model and the physical system may exist And so, the control law, projected for the nominal model, can lead the closed loop system to instability. Therefore, in a project involving flexible structures, the obtaining stage of a dynamic model is fundamental. However, when making a bibliographical research involving flexible structures, one noticed a great number of papers that deal with control theory, mainly starting at the eighties, but not many papers have specifícally been published on dynamic modeling. This was the main motivation aspect of the accomplishment of the present work, whose fírst objective is to evaluate several techniques of dynamic modeling for a structure with applications mainly in the domain of flexible robotics. An analytical formulation is developed and so, analytical transfer functions are determinated. Frequency responses obtained fi-om these transfer functions are references in the validation process of the models, obtained with the techniques Lumped Mass Approach, Assumed Modes and Polynomial Deformations (derived of the finite elements method). At the end, an application to the flexible robotics area is analyzed under the point of view of the actuator dynamics influence on the structural dynamics.

O objetivo precípuo deste estudo é a implementação computacional de modelos constitutivos elásticos e elastoplásticos para materiais com gradação funcional em regime de grandes deslocamentos e elevadas deformações. Para simular numericamente um problema estrutural, são empregados aqui elementos finitos sólidos (tetraédrico e hexaédrico) com ordem de aproximação polinomial qualquer. Grandezas da Mecânica Não Linear do Contínuo, como deformação e tensão, são utilizadas na formulação deste estudo. Para reproduzir os grandes deslocamentos, é empregada a análise não linear geométrica. A descrição adotada aqui é a Lagrangiana total, e o equilíbrio da estrutura é expresso pelo Princípio da Mínima Energia Potencial Total. Com relação à resposta elástica do material, são usadas leis constitutivas hiperelásticas, nas quais a relação tensão-deformação é obtida a partir de um potencial escalar. O comportamento elastoplástico do material é definido pela decomposição da deformação nas parcelas elástica e plástica, pelo critério de plastificação de von-Mises, pela lei de fluxo associativa, pelas condições de consistência e de complementaridade, pelo parâmetro de encruamento isotrópico e pelo tensor das tensões inversas, relacionado ao encruamento cinemático. Duas formulações elastoplásticas são utilizadas aqui: a de Green-Naghdi, na qual a deformação é decomposta de forma aditiva; e a hiperelastoplástica, em que o gradiente é decomposto de forma multiplicativa. É empregado também o conceito de material com gradação funcional (GF), a qual é definida como a variação gradual (contínua e suave) das propriedades constitutivas do material. A solução numérica do equilíbrio de forças é feita via método iterativo de Newton-Raphson. Para satisfazer o critério de plastificação, são utilizadas as estratégias de previsão elástica, e de correção plástica via algoritmos de retorno. Basicamente foram desenvolvidos cinco programas computacionais: o gerador automático das funções de forma; o gerador de malhas de elementos finitos sólidos; o código para análise de materiais em regime elástico; o código para análise de materiais em regime elastoplástico; e o programa de pós-processamento. Além desses, o aluno teve contato com os programas EPIM3D e DD3IMP ao longo de seu estágio de doutorado na Universidade de Coimbra (Portugal). Os programas EPIM3D e DD3IMP são empregados para analisar, respectivamente, materiais em regime elastoplástico, e processos de conformação de metais. Para o problema da barra sob tração uniaxial uniforme, são descritas equações e soluções analíticas para materiais homogêneos e com GF em regime elastoplástico. Para reduzir o tempo de simulação, foi empregada a programação em paralelo. De acordo com os resultados das simulações numéricas, as principais conclusões são: o refinamento da malha de elementos finitos melhora a precisão dos resultados para materiais em regimes elástico e elastoplástico; as formulações elastoplásticas de Green-Naghdi e hiperelastoplástica parecem ser equivalentes para pequenas deformações; a formulação hiperelastoplástica é equivalente ao modelo mecânico dos programas EPIM3D e DD3IMP para materiais em regime de pequenas deformações elásticas; foram constatados ganhos significativos, em termos de tempo de simulação, com a paralelização dos códigos computacionais de análise estrutural; e os programas desenvolvidos são capazes de simular - com precisão - problemas complexos, como a membrana de Cook e o cilindro fino transversalmente tracionado. / The main objective of this study is the computational implementation of elastic and elastoplastic constitutive models for functionally graded materials in large deformation regime. In order to numerically simulate a structural problem, the finite elements used are solids (tetrahedric and hexahedric) of any order of approximation. Entities from Nonlinear Continnum Mechanics, as strain and stress, are used in the present formulation. To reproduce the finite displacements, the geometrically nonlinear analysis is employed. The description adopted here is the total Lagrangian, and the structural equilibrium is expressed by means of the Principal of Minimum Total Potential Energy. Regarding the elastic material response, hyperelastic constitutive laws are used, in which the stress-strain relation is obtained from a scalar potential. The elastoplastic material behavior is defined by the strain decomposition in the elastic and plastic parts, by the von-Mises yield criterion, by the associative flow law, by the consistency and complementarity conditions, by the isotropic hardening parameter, and by the backstress tensor, related to the kinematic hardening. Two elastoplastic formulations are used here: the Green-Naghdi one, in which the strain is additively decomposed; and the hyperelastoplasticiy, in which the gradient is multiplicatively decomposed. The concept of functionally graded (FG) material, in which the constitutive properties vary gradually (continuous and smoothly), is also used. The numerical solution of the forces equilibrium is obtained via Newton-Raphson iterative procedure. In order to satisfy the yield criterion, the strategies of elastic prediction and plastic correction (via return algorithms) are used. Basically, five computer codes have been developed: the automatic shape functions generator; the solid mesh generator; the code for analysis of materials in the elastic regime; the code for analysis of materials in the elastoplastic regime; and the post-processor. Besides these, the student had contact with the programs EPIM3D and DD3IMP during his doctoral stage in the University of Coimbra (Portugal). The programs EPIM3D and DD3IMP are employed to analyze, respectively, materials in the elastoplastic regime, and sheet-metal forming processes. For the problem of the bar under uniform uniaxial tension, equations and analytical solutions are described for homogeneous and FG materials. To reduce the simulation time, the parallel programming has been employed. According to the numerical simulation results, the main conclusions are: the results accuracy is improved with mesh refinement for materials in the elastic and elastoplastic regimes; the Green-Naghdi elastoplastic formulation and the hyperelastoplasticity appear to be equivalent for small strains; the hyperelastoplastic formulation is equivalent to the mechanical model of the programs EPIM3D and DD3IMP for materials the small elastic strains regime; simulation time reduction has been obtained with the parallelization of the computer codes for structural analysis; the developed programs are capable of simulating, precisely, complex problems, such as the Cook\'s membrane and the pulled thin cylinder.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work investigated the effect of different types of homogenization on the microstructure and the cold deformation behavior of Ti-35Nb-0,15Si alloy. Homogenization was performed under two conditions. Condition 1: treatment in ambient air at 1000 °C for 8, 24, 48, 72, 96 and 120 hours. Condition 2: treatment in argon atmosphere at 1000 °C for 8 hours. For the cold deformation study samples of the Ti-35Nb-0,15Si alloy and samples of Ti CP were deformed by ECAP with up to 8 passes, using the routes A and BC in a matrix with angle of intersection between the channels of Φ = 120º. The microstructural characterization was performed in the internal and external regions with the aid of optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffractograms. Vickers microhardness measurements were performed to evaluate the changes caused by deformation. In the ambient air atmosphere the samples showed the presence of the oxide layer influencing the hardness and the level of cold deformation. With the deformation of Ti-35Nb-0,15Si by ECAP it was possible to refine the structure and increase the hardness with increasing the number of passes. XRD analysis showed the presence of the α” phase induced by deformation. With the Ti CP deformed by ECAP, it was possible to analyze the microstructural evolution throughout the sample. / Este trabalho investigou o efeito de diferentes tipos de homogeneização sobre a microestrutura e o comportamento em deformação a frio da liga Ti-35Nb-0,15Si. A homogeneização foi realizada em duas condições. Condição 1: tratamento em atmosfera de ar ambiente na temperatura 1000 °C por 8, 24, 48, 72, 96 e 120 horas. Condição 2: tratamento em atmosfera inerte de argônio de 1000 °C por 8 horas. Para o estudo de deformação a frio, amostras da liga Ti-35Nb-0,15Si e amostras de Ti CP foram deformadas via ECAP com até 8 passes, utilizando as rotas A e BC numa matriz com ângulo de intersecção entre os canais de Φ = 120º. A caracterização microestrutural foi realizada nas regiões internas e externas com o auxílio de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura e difratogramas de raios-X. Medidas de microdureza Vickers foram realizadas para avaliar as mudanças ocasionadas pela deformação. Em atmosfera de ar ambiente as amostras apresentaram a presença da camada de óxido influenciando na dureza e no nível de deformação a frio. Com a deformação de Ti-35Nb-0,15Si por ECAP foi possível refinar a estrutura e aumentar a dureza com o aumento do número de passes. A análise de DRX mostrou a presença da fase α’’ induzida por deformação. Com o Ti CP deformado por ECAP foi possível analisar a evolução microestrutural ao longo da amostra. / São Cristóvão, SE

Não informado. / No presente trabalho fazemos um estudo sobre transformações geométricas no plano, explorando características geométricas e algébricas. A relação entre a geometria e a álgebra é responsável por extraordinários progressos na matemática e suas aplicações. Nosso objetivo inicial é apresentar algumas das principais transformações geométricas, a exemplo das Homotetias, das Translações, de Cisalhamentos, das Simetrias, das Rotações, das Re exões, das Isometrias, etc., de forma intuitiva e ilustrando com exemplos simples. Em seguida exploramos características algébricas elementares que permitem tratar e generalizar o estudo de transformações. Apresentamos ainda os conceitos de Mor smos e Deformações de imagens utilizando noções, por exemplo, como Combinação Linear Convexa.

In Brazil, the investment in infrastructure of transports has increased for both maintenance and foundation of highways. Although, the traffic growth rates, in volume and weight, in addition to the weather conditions, has produce dearly degradation of the pavements. In this context, the numeric analysis of pavement structures became more and more relevant to predict the behavior of the pavements. This work evaluates numerically the stress and strain in pavements, according the traffic loading, using Finite Element Method. Thereby, the estimation of that effect in the life cycle of the wearing course is done. Several numerical analyses are fulfilled considering changes in the physical features of pavement layers. The adopted values for the layers features are acquired from the literature considering the interval of values obtained from each material in use. Each analysis includes the calculation of the deflection and the strain, respectively, in the top and in the base of wearing course. The estimation of the necessary number of cycles for the fatigue in the wearing course is done by three models from the literature. The analysis indicates the subbase course as relevant to reduce the stress in the top of subgrade, while the base and wearing course influence more significantly in the deflections in the top of pavement and the fatigue in wearing course. / No Brasil, o aumento nos investimentos em infraestrutura de transportes contempla tanto a manutenção quanto a implantação de novas rodovias. Contudo, o aumento do tráfego, em volume e peso, associado às condições de intempéries, tem resultado na degradação precoce do pavimento. Nesse contexto, a análise numérica da estrutura do pavimento torna-se cada vez mais relevante para prever o comportamento dos pavimentos. Este trabalho tem o objetivo de estudar numericamente as tensões e deformações em estruturas de pavimentos, submetidas a cargas de tráfego, através do Método dos Elementos Finitos, e avaliar seus efeitos sobre a vida útil da camada de revestimento. Diversas análises numéricas serão realizadas modificando as características físicas das camadas do pavimento. Os valores adotados para as características das camadas são obtidos através de pesquisa bibliográfica da faixa de valores encontrada para cada material utilizado. A cada análise é avaliado o valor da deflexão e da deformação, respectivamente, no topo e na base do revestimento. O número de ciclos necessários para a fadiga do revestimento é calculado através de três modelos disponíveis na literatura. As análises indicam que a camada de sub-base é relevante para reduzir as tensões no topo do subleito, enquanto que a base e o revestimento influenciam mais significativamente na deflexão no topo do pavimento e na fadiga do revestimento.

Orientador: Marco Lucio Bittencourt / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T12:36:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Martins_DanielLeonardo_M.pdf: 3435063 bytes, checksum: 5e1595f9983245a24712a596e4b1f0a1 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta uma metodologia de otimização de forma aplicada a estruturas submetidas a cargas de impacto, de modo a aumentar sua capacidade de absorção de energia de impacto. Para isso, é necessário conhecer as propriedades mecânicas dos materiais empregados em tais estruturas, as quais são obtidas através de uma metodologia de abordagem dupla experimental- otimização. São obtidos os parâmetros ótimos das leis constitutivas de Cowper-Symonds e Johnson-Cook para materiais sensíveis à taxa de deformação que melhor se ajustam aos respectivos dados experimentais. Finalmente, esses parâmetros são utilizados na análise de uma estrutura complexa, a qual tem sua capacidade de absorção de energia de impacto melhorada utilizando a Metodologia de Resposta da Superfície / Abstract: This work presents a shape optimization methodology applied to structures submitted to impact loads in order to improve their crashworthiness. To this end, it is necessary to know the structural material properties, which were obtained using a dual experimental-optimization methodology. Optimum parameters are obtained for the Cowper-Symonds and Johnson-Cook strain rate sensitive constitutive laws which best fit the material experimental data. These parameters were then used in the analysis of a complex structure, which is crashworthy optimized using a Response Surface Methodology / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Aloisio Ernesto Assan / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:51:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarinsNeto_Joaquim_D.pdf: 2657521 bytes, checksum: 0ec05538330e19307c02836f16d53382 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho são estudados os aspectos das propriedades do concreto, das propriedades do aço e das interações entre eles, com particular interesse na deterioração da aderência que ocorre na interface aço-concreto, para a análise numérica de estruturas de concreto armado. O objetivo principal é o desenvolvimento de uma modelagem numérica capaz de investigar, de forma mais realista, o comportamento de vigas de concreto armado, considerando a não-linearidade física dos materiais e os efeitos do deslizamento entre a armadura de aço e o concreto. Com o Método dos Elementos Finitos e com um procedimento incremental-iterativo de carregamento, os comportamentos dos materiais puderam ser facilmente representados na modelagem numérica computacional, possibilitando o uso de diferentes curvas representativas das tensões de aderência que se opõem ao deslizamento da armadura. A análise crítica foi feita comparando, através de exemplos numéricos, a modelagem numérica desenvolvida neste trabalho com outras encontradas na literatura e com ensaios experimentais, mostrando os excelentes resultados e a eficiência da proposta aqui apresentada / Abstract: In this work aspects of the properties of the concrete, steel and the interaction between them, with particular interest in the deterioration of the bond that occurs in the steel-concrete interface that are necessary to the numerical analysis of reinforced concrete structures are studied. The main aim of this research is the development of a numerical model to simulate the reinforced concrete beams behavior, considering the nonlinear material and the effects of the slip between the reinforcement steel and the concrete. With the Finite Element Method and increment-iterative techniques, the behavior of the materials could be easily represented in the computational numerical model proposed, allowing the use of curves based on the stages of relationship between the local bond stress and the relative slip of the bar. The critical analysis have been done comparing the numerical model developed in this work with other numerical models and with experimental works, showing excellent results and very good efficiency of the present proposal / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-15T04:21:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sousa_KerllesRafaelPereira_M.pdf: 1489778 bytes, checksum: 08fe8a77e9ca4ba0d1272c061013bac7 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta uma formulação dinâmica do método dos elementos de contorno para o cálculo de tensões e critério de falhas de placas finas anisotrópicas. As formulações utilizam soluções fundamentais da elasto-estática e os termos de inércia são tratados como forças de corpo. As integrais de domínio provenientes de forcas de corpo são transformadas em integrais de contorno usando o método da integração radial (RIM). No RIM, a função de aproximação "thin plate spline"de placas finas e usada na aproximação das forças de corpo. São implementados formulações para análise transiente de placas finas. A integração no tempo é realizada usando o método de Houbolt. Uma equação integral para a segunda derivada de deslocamento é desenvolvida e todas as derivadas da solução fundamental são calculadas analiticamente. Apenas o contorno é discretizado. Os resultados numéricos apresentaram boa concordância com os resultados disponíveis na literatura e também com resultados do método dos elementos finitos / Abstract: This work presents a dynamic formulation of the boundary element method for stress and failure criterion analyses of anisotropic thin plates. Formulations use elastostatic fundamental solutions and inertia terms are treated as body forces. Domain integrals that come from body forces are transformed into boundary integrals using the radial integration method (RIM). In the RIM, the augmented thin plate spline is used as the aproximation function. A formulation for transient analysis is implemented. The time integration is carried out using the Houbolt method. Integral equations for the second derivatives of deflection are developed and all derivatives of fundamental solutions are computed analitically. Only the boundary is discretized in the formulation. Numerical results show good agreement with results available in literature as well as finite element results / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Eder Lima de Albuquerque, Paulo Sollero / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-11T17:16:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torsani_FernandoLuiz_M.pdf: 2116426 bytes, checksum: 8a045e9dbe79f3db053d6de885ade97e (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O presente trabalho tem por objetivo o cálculo de tensões em pontos no interior do domínio de placas finas anisotrópicas usando o método dos elementos de contorno. As equações integrais de contorno para deslocamentos e rotações em placas anisotrópicas são apresentadas. as derivadas de segunda ordem da equação integral de deslocamento são de senvol vidas. A partir destas equações, são calculadas as deformações e, em seguida, as tensões. Por fim são desenvolvidos procedimentos para o cálculo de critérios de falha para materiais anisotrópicos, analisando a falha em cada uma das lâminas. Exemplos são apresentados usando as rotinas desenvolvidas, cujos resultados são comparados com soluções encontradas na literatura. Os resultados obtidos pelas análises numéricas apresentam boa concordância com os resultados da literatura indicando a sua aplicabilidade em problemas reais de engenharia / Abstract: The objective of the present work is the calculation of stresses in domain internal points af anisotropic thin plates using the boundary element method. Boundary integral equations for displacements and rotations in anisotropic plates are presented. Second order derivatives af the integral equation of displacement are developed. From these equations, strains and stresses are calculated. Finally procedures for the calculation of failure criteria for anisotropic matei-ials are developed, analyzing the failure in each laminae of the laminate. Examples are presented using the developed routines, wh.ose results are compared with solutions found in literature. Results for the numerical analysis present good agreement with results from the literature, indicating its applicability in real engineering problems / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica