CNPq / Materiais tixotrópicos possuem aplicações industriais economicamente importantes. Modelos constitutivos descrevendo seu comportamento, propostos recentemente, são formulados por meio de um sistema acoplado de duas equações: equação constitutiva (baseada em modelos viscoelásticos clássicos) e a equação de taxa (que descreve a evolução microestrutural do material). O módulo de cisalhamento e o(s) coeficiente(s) de viscosidade são considerados, nesta classe de modelos, funções do parâmetro estrutural. As expressões utilizadas para tais funções são definidas satisfazendo limites assintóticos, de tal forma que o modelo seja fisicamente consistente. Entretanto, não há consenso quanto a forma em que as expressões são formuladas. Objetivou-se determinar o formato da função associada ao módulo de cisalhamento, a partir de dados de testes reológicos, utilizando um modelo de Jeffreys modificado. A obtenção da expressão do módulo de cisalhamento foi definida como um problema inverso e, portanto, a teoria e algumas estratégias associadas foram discutidas. Utilizou-se uma estrutura multiobjetiva juntamente com o método de regularização de Tikhonov e o critério de escolha de parâmetro curva L, para a obtenção de soluções de problemas mal-postos associados. Os algoritmos formalizados no trabalho foram implementados por meio de um código desenvolvido no MATLAB. Como resultados, uma nova proposta para a função associada ao módulo de cisalhamento foi obtida e os parâmetros associados ao modelo constituído desta nova proposta foram ajustados a dados de testes reológicos. / Thixotropic materials have economically important industrial applications. Recently proposed constitutive models describing its behavior are formulated by means of a two coupled equations system: the constitutive equation (based on viscoelastic classic models) and the rate equation (in which the microstructural evolution is described). The shear modulus and the viscosity coefficient(s) are considered, in such a class of models, as functions of the structural parameter. The expressions used for such functions are defined by satisfying some asymptotic limits, in a way that the model is physically consistent. However, there is no agreement as to the form in which the expressions are formulated. It is aimed to determine the form of shear modulus function, from rheological tests data, using a modified Jeffreys model. The obtainment of an expression for the shear modulus function is defined as an inverse problem and therefore the theory and some strategies associated were discussed. It is used a multi-objective framework together with the Tikhonov regularization method and the L-curve parameter-choice criterion in order to get the solution for associated ill-posed problems. The algorithms formalized throughout the work were implemented through a MATLAB developed code. As results, a new proposal for the shear modulus function were obtained and the parameters associated with the model constituted of this new proposal are fitted to rheological tests data.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / No presente trabalho, um algoritmo algébrico sequencial é utilizado para descrever a propagação de ondas acústicas ao longo de uma barra e utilizado na identificação de danos. Esse algoritmo é validado com base nos conficientes de sensibilidade dos ecos correspondentes aos diferentes cenários de danos apresentados. Na formulação do problema de identificação de dano, o campo de impedância generalizada, que minimiza o funcional definido como a distância entre o eco calculado e o eco experimental sintético é procurado. Os tempos de percurso da resposta, obtidos a partir de experimentos numéricos, são utilizados para identificar a posição, intensidade e forma do dano. Para simular dados corrompidos, diferentes níveis de ruído - variando de 30 a 0 dB - são introduzidos. O processo de identificação foi avaliado com os seguintes métodos de otimização: Otimização por Enxame de Partículas (PSO); Luus-Jaakola (LJ); Algoritmo de Colisão de Partículas (PCA); Algoritmos Genéticos (GA) e Recozimento Simulado (SA); e a hibridização desses métodos com o método determinístico de Levenberg-Marquardt. É mostrado que o processo de identificação de dano construído sobre a abordagem de propagação de ondas acústicas foi bem sucedido, mesmo para dados ruidosos altamente corrompidos. Os resultados dos casos testes são apresentados e algumas observações sobre as vantagens dos métodos determinísticos e estocásticos e sua combinação também são relatados. / In the present work, a sequential algorithm is used for describing the acoustic wave propagation along a bar and applied for damage identification purposes. The algorithm is validated based on the sensitivity coefficients of the corresponding echoes to the adressed damage scenarios. In the formulation of the damage identification problem, the generalized impedance field, that minimizes the functional defined as the distance between the calculated echo and the synthetic experimental one is sought. Time history responses, obtained from pulse-echo experiments, are used to identify damage position, severity and shape. In oder to account for noise corrupted data, different levels of signal to noise ratio - varying from 30 to 0 dB - are introduced. In the identification procedure the following optimization methods were applied: Particle Swarm Optimization (PSO); Luus-Jaakola (LJ); Particle Collision Algorithm (PCA); Genetic Algorithms (GA); and Simmulated Annealing (SA): and the hybridization of these methods with the deterministic Levenberg-Marquardt method. It is shown that the damage identification procedure built on the acoustic wave propagation approach was successful, even for highly corrupted noisy data. Test case results are presented and a few comments on the advantages of deterministic and stochastic methods and their combination are also reported.

Este trabalho propõe estudar o projeto de estruturas submetidas a grandes deslocamentos utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT). O MOT é um método numérico capaz de fornecer de forma sistemática a distribuição ótima de material no domínio de uma estrutura de forma a atender a um dado requisito de projeto, por exemplo, o valor de flexibilidade máxima permitida em uma estrutura. Desde sua introdução, há quase três décadas, o MOT ganhou popularidade na área acadêmica e na indústria. Até o presente momento (2011), a maioria dos trabalhos relacionados com o método tem se preocupado com a otimização de estruturas com o comportamento linear, ou seja, pequenos deslocamentos. Um pequeno número de artigos e trabalhos tem sido relacionado com a modelagem e otimização topológica de estruturas submetidas a efeitos não-lineares. Este trabalho propõe compilar as formulações descritas na literatura e agregar novas técnicas na implementação da OT de forma a melhorar a robustez na obtenção de resultados sob não-linearidade geométrica. O MOT para o comportamento não-linear geométrico neste trabalho foi implementado utilizando o modelo de material SIMP. O comportamento não-linear geométrico é representado utilizando a formulação Lagrangiana para as leis de material de Kirchhoff-Saint Venant e neo-Hookiana. Ambas as leis de material foram implementadas utilizando o método de elementos finitos (MEF) e o equilíbrio estático da estrutura é obtido através de uma rotina incremental e iterativa de Newton incluindo todos os elementos (inclusive os de baixa densidade) dentro do domínio de projeto. A sensibilidade da função objetivo é deduzida utilizando o método adjunto e o problema de otimização é resolvido utilizando o Método das Assíntotas Móveis (MAM) em conjunto com uma função de Relaxação proposta para estabilizar a solução de OT não-linear. A função de projeção não-linear em conjunto com o Método da Continuação é utilizada para eliminar o problema de tabuleiro e independência de malha, melhorando a convergência dos resultados. A função objetivo para minimização da flexibilidade no ponto de aplicação do carregamento é testada, considerando um carregamento fixo. Neste trabalho, os exemplos mostram que as diferenças na rigidez das estruturas otimizadas utilizando modelagem linear e não-linear são geralmente pequenas para pequenos carregamentos, mas elas podem ser grandes em certos casos envolvendo grandes cargas, acarretando em instabilidades na estrutura, o que pode degenerar a solução obtida. / This work proposes studying the design of structures undergoing large displacement using Topology Optimization Method (TOM). The TOM is a numerical method capable of synthesizing the basic layout of a mechanical structure accomplishing to a given design requirement, for example the maximum strain energy allowed in the structure. Since its introduction nearly three decades, TOM has gained widespread popularity in academia and industry. So far, most papers dealing with the method have been concerned with the optimization of structures with linear geometric and material behavior. Even now a small number of works and articles have been concerned with the modeling and topology optimization of structures undergoing nonlinear effects. This work proposes to compile the formulations described in the literature and adding new techniques to improve the robustness for obtaining results of OT under geometric nonlinearity. The TOM for geometric nonlinear behavior in this work is implemented with Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP) material model. The geometrically nonlinear behavior of the structures is modeled using a Lagrangean description for hyperelastic constitutive models for Saint Venant-Kirchhoff and neo-Hookean. Both constitutive models are implemented using the Finite Element Method (FEM) and the static equilibrium of the structure is obtained using an incremental and iterative Full-Newton Method considering all elements and internal force of the design domain (elements called \"voids\"). The sensitivity of the objective function is derived using the adjoint method and the optimization problem is solved using the Optimality Criteria (OC) method and Method of Moving Asymptotes (MMA) together with a Relaxation Function proposed to stabilize the TO nonlinear solution. The nonlinear projection function in conjunction with the Continuation Method is used to obtain checkerboard-free and mesh-independent designs and to improve the convergence results. The objective function of end-compliance is tested, by minimizing it for a fixed load. In this work, some examples show that differences in stiffness of optimized structures using linear and nonlinear modeling are generally small, however they can be large in certain cases involving buckling or bifurcation point, that degenerate the solution obtained.

Neste trabalho estudou-se o reforço de vigas T de concreto armado tanto por meio de adição de armadura longitudinal ao bordo tracionado envolvida por um material compósito (argamassa com fibras curtas de aço), quanto pela aplicação de uma capa de pequena espessura de microconcreto de alta resistência ao bordo comprimido. Para estudar as possibilidades da aplicação prática destas duas técnicas de reforço avaliou-se o comportamento das vigas reabilitadas verificando a influência: da atuação de um pré-carregamento durante a execução do reforço, das deformações diferidas diferenciais (fluência e retração) existentes entre os materiais novos e antigos e, dos mecanismos de resistência mobilizados na transmissão de esforços na junta - formada pela ligação do substrato ao concreto do reforço - ou entre as barras de aço tracionadas preexistentes e adicionadas em função da ausência de estribos envolvendo-as. Para redimensionar as peças reforçadas no bordo tracionado foram realizados ensaios complementares para identificar, dentre as várias fibras disponíveis comercialmente, qual a que proporcionaria ao material compósito, um confinamento suficiente que evitasse a ruptura prematura da viga pela tendência de deslizamento relativo entre as barras de aço tracionadas devida à ausência de estribos neste local. Para redimensionar as peças reforçadas no bordo comprimido realizou-se ensaios complementares para determinar as propriedades viscoelásticas dos materiais usados no substrato e no reforço, tornando possível estimar as descontinuidades geradas nos estados de tensão e deformação ao longo do tempo já que tais materiais são moldados e submetidos a carregamentos em idades distintas. Os resultados dos ensaios das vigas reforçadas de seção T foram analisados e comparados com previsões teóricas feitas a partir da adaptação de métodos analíticos convencionais recomendados por norma para estruturas novas, e a partir de simulações numéricas usando um programa computacional baseado no método dos elementos finitos. Do estudo realizado foi possível: comprovar a eficiência das técnicas de reforço propostas estando as peças submetidas ou não a um pré-carregamento durante a execução da intervenção, compatibilizar alguns dos conhecimentos teóricos existentes a fim de poder usá-los na análise teórica das vigas reabilitadas, além de reunir uma série de informações úteis que podem ser exploradas na definição de estratégias e procedimentos de projeto de estruturas reabilitadas semelhantes / This paper reports on the results of a study about the behavior of reinforced concrete T-beams rehabilitated using two different techniques. The first technique consists of the addition of longitudinal reinforcement embedded in a steel fiber reinforced highperformance mortar at the bottom face of the member. The second technique consists of rehabilitation by adding a thin overlay of high-strength concrete to the compression zone. The parameters analyzed to verify the possibilities of practical applications of these techniques were: the effect of a pre-loading acting on the beams during their rehabilitation, the differential time-dependent deformations (creep and shrinkage) between the new concrete and existing base, the mechanisms of resistance mobilized along the interface formed by old and new concrete or between pre-existent steel bars and added steel bars that are not involved by stirrups. Previous tests were carried out to make it possible to redesign the intervention adequately. Theses tests yield useful information about which type and volume of steel fibers need to be added to composite mortar to avoid the premature rupture of the strengthened beam caused by relative slipping between the layers of steel tensioned bars. These tests also give information about the viscoelastic properties of the materials used to manufacture the T-beams. The test results were analyzed and compared with the results of analytic models and numeric models based on the method of the finite elements. Based on this study, it can be stated that the proposed techniques are really efficient even if the beams are submitted to a pre-loading during the process of rehabilitation. Also, existing theoretical knowledge was organized to support the theoretical analysis of the rehabilitated beams, besides gathering useful information that can be explored in the definition of strategies and procedures of similar projects of rehabilitated structures

The design of a bolted joint shall consider several factors such as material and heat treatment of the bolt (defined by the class of the bolt), stiffness of the parts being assembled (stiffness of the union), dimensions of the bolt, among others. In our study we used bolts M6x1, class 8.8, with three different lengths: 40 mm, 60 mm and 80 mm. The purpose of this study is to verify the relationship between the length of the bolt and the fatigue limit of the bolted joints, subjected to fluctuating cyclic loading of tension. The results indicated that the greater the length of the bolt, the larger the fatigue limit. An analytical study was also evaluated on the relationship between the cyclic stress amplitude and the mean stress experienced by the bolts with 40 mm of length. The results were compared with the bolt fatigue diagram of the BURGUETE and PATTERSON (1995). Correction factors were proposed for the relationship between cyclic stress amplitude. The adapted model from LEHNHOFF and WISTEHUFF (1996) for M6 bolts was the one whose results were the closest to estimated. / O projeto de uma união parafusada deve considerar diversos fatores tais como material e tratamento térmico do parafuso (definidos pela classe do parafuso), rigidez das peças que estão sendo montadas (rigidez da união), dimensões do parafuso, entre outros. Em nosso estudo utilizamos parafusos M6x1, classe 8.8, com três comprimentos distintos: 40 mm, 60 mm e 80 mm. A proposta deste estudo é verificar a relação do comprimento do parafuso com o limite de fadiga de uniões parafusadas submetidas a carregamentos cíclicos de tração. Os resultados indicaram que quanto maior o comprimento do parafuso, maior é o limite de fadiga. Foi realizado ainda um estudo analítico da relação entre a amplitude de tensão e a tensão média suportada pelos parafusos de 40 mm de comprimento. Os resultados foram comparados com o diagrama de BURGUETE e PATTERSON (1995). Foram propostos coeficientes de correção para a relação entre as amplitudes de tensão. O modelo de rigidez adaptado de LEHNHOFF e WISTEHUFF (1996) para parafusos M6 foi o que apresentou resultado mais próximo aos estimados.

O presente trabalho foi desenvolvido para avaliar o potencial de utilização de um reator anaeróbico fabricado em PEAD Polietileno de Alta Densidade, produzido pelo processo de rotomoldagem em substituição aos reatores convencionais construídos em concreto e alvenaria, trabalhando em regime de batelada e enterrados no solo. Os estados de tensões e deformações foram avaliados utilizando o programa de Elementos Finitos ABAQUS versão 6.5 e a malha dos nós utilizando o programa MSC PATRAN 2005 formando 7329 nós e 2004 elementos, em uma malha otimizada para as regiões de maior curvatura (pontos concentradores de tensão). O carregamento é formado com uma pressão interna do biogás de 5 kPa acrescido da carga hidrostática de biomassa de 6000 kgf em uma fundação elástica calculada pela razão tensão/recalque a partir do Módulo de Elasticidade equivalente do solo (Esolo). Comparando o estado de tensões avaliado durante o carregamento foi possível constatar que a maior tensão obtida no elemento mais crítico para a utilização mais provável do reator atingiu o valor de 7,46 MPa (não supera 40% do menor valor de resistência à tração e ao cisalhamento do PEAD de 20 MPa) e a maior razão de deformação dR/R foi de 1.0%. O caso mais crítico avaliado foi quando o reator está enterrado, totalmente vazio, em solo com Esolo = 1,55 MPa e o material com EPEAD = 1550 MPa e com uma sobrecarga superficial no terreno de 20kN/m2 gerando uma tensão de 17,80 MPa no elemento 1955 (atingindo 89% do menor valor de resistência à tração e ao cisalhamento do PEAD igual a 20 MPa). Os resultados obtidos comprovam que o reator produzido em PEAD substitui com vantagens os modelos fabricados em concreto ou alvenaria, suportando a pressão interna do biogás e a carga de biomassa. / The present work was developed to evaluate the potential of uses of an anaerobic reactor manufactured in HDPE High Density Polyethylene produced by the rotomolding process in substitution to the conventional reactors built in stonemasonry, working in a batch regime and buried in the soil. The state of tensions and the deformations were assessed using the program of Finite Elements ABAQUS version 6.5 and the mesh of the knots using the program MSC PATRAN 2005 forming 7329 knots and 2004 elements, in an optimized mesh for the areas of larger curvature (tension concentrator points). The loading is formed with an internal pressure of the biogas of 5kPa added of biomass hydrostatic load of 6000 kg in an elastic foundation calculated by the ratio pressure/settling starting from the Module of equivalent Elasticity of the soil (Esolo). Comparing the state of tensions assessed during the loading was possible to verify that the largest tension obtained in the most critical element goes the most probable utilization of the reactor, reached the value of 7, 46 MPa (it doesn't surpass 40% of the smallest resistance value to the traction and to the shearing strain of HDPE of 20 MPa) and the largest ratio of dR/R deformation was of 1.0%. The most critical assessed case was when the reactor is buried in soil with Esolo = 1,55 MPa and material with EPEAD = 1550 MPa, totally empty and with a superficial overload in the land of 20kN/m2 generating a tension of 17,80 MPa in the element 1955 (reaching 89% of the smallest resistance value to the traction and the shearing strain of a 20 MPa HDPE). The obtained results confirmed that the reactor produced in HDPE substitutes with advantages the models manufactured in stonemasonry, supporting the internal biogas pressure and the biomass load.

CAPES / O estudo de um componente estrutural, é mais realístico quando se admite que o componente já possua trincas. A área que estuda este fenômeno é a mecânica da fratura. O componente que possui trinca e é submetido a esforços cíclicos, tende a falhar por fadiga. Este estudo apresenta cotas que “envelopam” a solução numérica aproximada da evolução da trinca. São estimados momentos estatísticos das cotas superior e inferior, afim de se obter resultados mais realísticos com relação a propagação da trinca, visto a existência de incerteza sobre os parâmetros dos modelos de evolução da trinca. As cotas são determinadas via metodologia Fast Crack Bounds, sendo está comparada com a solução numérica aproximada obtida pelo método de Runge-Kutta de quarta ordem. A randomização dos parâmetros do modelo, é executada através de Simulação de Monte Carlo. Para a quantificação da incerteza, da cota superior, inferior e da solução numérica, são considerados exemplos “clássicos” da mecânica da fratura, onde a função de correção do fator de intensidade de tensão é conhecida: placa com largura infinita, placa com largura finita e trinca central e placa com largura finita e trinca na aresta. O trabalho apresenta os desvios relativos do primeiro e segundo momento estatístico, bem como os ganhos computacionais na resolução do problema de valor inicial que descrevem a propagação da trinca. Em todos os casos analisados, a metodologia Fast Crack Bounds apresentou menor tempo computacional, quando comparada à solução numérica do problema, sendo no mínimo 411,23% mais eficaz para o parâmetro a0 , até 8.296,29% para o parâmetro KC . / The study of a structural component is more realistic when it is admitted that the component already has cracks. The area that studies this phenomenon is the fracture mechanics. The component which is cracked and subjected to cyclic stresses tends to fail due to fatigue. This study presents upper and lower bounds that "envelop" the approximate numerical solution of the evolution of the crack. The statistical moments of the upper and lower bounds are estimated, to obtain more realistic results in relation to the crack propagation, considering the existence of uncertainty about the parameters of the evolution models of the crack. Upper and lower bounds are determined using the Fast Crack Bounds methodology, being compared to the approximate numerical solution obtained by the fourth-order RungeKutta method. The randomization of the model parameters and execution through the Monte Carlo Simulation. For the quantification of the uncertainty, the upper and lower bounds and the numerical solution, "classic" examples of fracture mechanics are considered, where the correction function of the tensile strength factor is known: Infinite width plate, finite width plate a centered crack and finite width plate a bordercracked. The work presents the relative deviations of the first and second statistical moments, as well as the computational gains in solving the initial value problem that describe the propagation of the crack. In all cases analyzed, the Fast Crack Bounds methodology presented lower computational time when compared to the numerical solution of the problem, being at least 411.23% more effective for the parameter a0 , up to 8,296.29% for the parameter KC .

O presente trabalho foi desenvolvido para avaliar o potencial de utilização de um reator anaeróbico fabricado em PEAD Polietileno de Alta Densidade, produzido pelo processo de rotomoldagem em substituição aos reatores convencionais construídos em concreto e alvenaria, trabalhando em regime de batelada e enterrados no solo. Os estados de tensões e deformações foram avaliados utilizando o programa de Elementos Finitos ABAQUS versão 6.5 e a malha dos nós utilizando o programa MSC PATRAN 2005 formando 7329 nós e 2004 elementos, em uma malha otimizada para as regiões de maior curvatura (pontos concentradores de tensão). O carregamento é formado com uma pressão interna do biogás de 5 kPa acrescido da carga hidrostática de biomassa de 6000 kgf em uma fundação elástica calculada pela razão tensão/recalque a partir do Módulo de Elasticidade equivalente do solo (Esolo). Comparando o estado de tensões avaliado durante o carregamento foi possível constatar que a maior tensão obtida no elemento mais crítico para a utilização mais provável do reator atingiu o valor de 7,46 MPa (não supera 40% do menor valor de resistência à tração e ao cisalhamento do PEAD de 20 MPa) e a maior razão de deformação dR/R foi de 1.0%. O caso mais crítico avaliado foi quando o reator está enterrado, totalmente vazio, em solo com Esolo = 1,55 MPa e o material com EPEAD = 1550 MPa e com uma sobrecarga superficial no terreno de 20kN/m2 gerando uma tensão de 17,80 MPa no elemento 1955 (atingindo 89% do menor valor de resistência à tração e ao cisalhamento do PEAD igual a 20 MPa). Os resultados obtidos comprovam que o reator produzido em PEAD substitui com vantagens os modelos fabricados em concreto ou alvenaria, suportando a pressão interna do biogás e a carga de biomassa. / The present work was developed to evaluate the potential of uses of an anaerobic reactor manufactured in HDPE High Density Polyethylene produced by the rotomolding process in substitution to the conventional reactors built in stonemasonry, working in a batch regime and buried in the soil. The state of tensions and the deformations were assessed using the program of Finite Elements ABAQUS version 6.5 and the mesh of the knots using the program MSC PATRAN 2005 forming 7329 knots and 2004 elements, in an optimized mesh for the areas of larger curvature (tension concentrator points). The loading is formed with an internal pressure of the biogas of 5kPa added of biomass hydrostatic load of 6000 kg in an elastic foundation calculated by the ratio pressure/settling starting from the Module of equivalent Elasticity of the soil (Esolo). Comparing the state of tensions assessed during the loading was possible to verify that the largest tension obtained in the most critical element goes the most probable utilization of the reactor, reached the value of 7, 46 MPa (it doesn't surpass 40% of the smallest resistance value to the traction and to the shearing strain of HDPE of 20 MPa) and the largest ratio of dR/R deformation was of 1.0%. The most critical assessed case was when the reactor is buried in soil with Esolo = 1,55 MPa and material with EPEAD = 1550 MPa, totally empty and with a superficial overload in the land of 20kN/m2 generating a tension of 17,80 MPa in the element 1955 (reaching 89% of the smallest resistance value to the traction and the shearing strain of a 20 MPa HDPE). The obtained results confirmed that the reactor produced in HDPE substitutes with advantages the models manufactured in stonemasonry, supporting the internal biogas pressure and the biomass load.