The most common and established way of performing experimental modal analysis is to use acceleration based transducers that lead to the calculation of the displacement mode shapes. However, the use of strain measurements for use in experimental modal analysis has gained a lot of popularity in the last couple of years. Not only there are applications where the use of strain measurements makes for a more attractive and interesting option, such as structural health monitoring methods, but there are also applications where sensor size and placement might be critical and therefore strain sensors are the most eligible candidate. This thesis has as the main focus of research the use of strain sensors for experimental modal analysis. In this sense, experimental methodologies and improvements on the current ways of carrying out strain modal analysis are presented, paying particular attention to the relationship between strain and displacement modes. This study of the strain displacement relationship led to the development of a scaling methodology for strain modes and is used to demonstrate the presence of reciprocity under certain conditions. Overall, there are many experimental cases presented in this work, with the main objective of not only validating the theoretical aspects presented in the thesis, but also to provide guidance through the many steps and difficulties associated with experimental strain modal analysis.

Orientador: Michael John Brennan / Banca: Fabricio Cesar Lobato de Almeida / Banca: Max de Castro Magalhães / Resumo: Este trabalho apresenta o estudo da propagação de ondas em estruturas unidimensionais, como barras e vigas, bem como a metodologia utilizada para a análise de resposta das ondas quando submetidas a descontinuidades estruturais. A motivação deste projeto é o Monitoramento da Integridade Estrutural, SHM, técnica utilizada em engenharia para detectar a presença de falhas em estruturas mecânicas em vários tipos de indústrias como: civis, automobilísticas, aeronáuticas, evitando, assim, problemas futuros e gastos monetários. Existem diversas técnicas para a aplicação de SHM, uma delas utiliza a propagação de ondas. A utilização de ondas é uma ferramenta bastante procurada por empresas atualmente por ser uma técnica não destrutiva e por caracterizar descontinuidades geométricas. Ondas elásticas dispersam sua energia quando encontram uma descontinuidade, portanto, é possível observar o que acontece nesta divisão através dos coeficientes de reflexão e transmissão. Neste contexto, estes coeficientes são modelados e estudados em duas situações: com ondas longitudinais guiadas por barras e com ondas de flexão guiadas por vigas. Neste trabalho, são modelados diferentes tipos de falhas com arranjos de elementos básicos da mecânica: massa, mola e amortecedor. Os dois tipos de ondas submetidas a esses elementos possuem características específicas observadas inclusive no modelamento matemático. Adicionalmente, elaboram-se estruturas com descontinuidade geométrica para aplicação e correlação dos modelos previamente desenvolvidos visando uma relação de frequências de excitação necessárias para qualificação de diferentes formas de descontinuidades localizada para estrutura de material definido / Abstract: This work presents a study on wave propagation in one-dimensional structures, such as rods and beams, and analyses the effects of structural discontinuities on wave motion. The motivation of this project is the Structural Health Monitoring (SHM), technique used in engineering to detect the presence of damage in mechanical structures in several types of industries like: civil, automobile, aeronautical, thus, avoiding future problems and financial costs. There are several techniques for SHM application, and some of them use wave propagation. The use of waves is a tool sought by companies as a non-destructive technique and for being able to characterise geometric discontinuities. Elastic waves scatter their energy when they reach a discontinuity, and this is characterised by the reflection and transmission coefficients of the discontinuity. In this context, these coefficients are studied for two situations: with longitudinal waves guided by rods and with bending waves guided by beams. In this work, two different types of damage are modelled through basic mechanical elements such as mass, spring and damper. Additionally, structures with geometric discontinuity are investigated and compared with the models previously developed in order to gain physical insight into their dynamic behaviour / Mestre

Neste trabalho, desenvolve-se uma formulação não-linear com o método dos elementos de contorno para análise numérica de sólidos danificados, considerando-se o fenômeno da localização de deformações. São utilizados dois modelos de dano, sendo um deles para o concreto. A regularização dos modelos locais é introduzida utilizando-se o conceito de integral não-local, objetivando-se assim eliminar a dependência de malha da resposta obtida com o contínuo local. A formulação implícita proposta é escrita em termos das variáveis de deformação do domínio e utiliza matriz tangente consistente, que é derivada a partir das relações constitutivas dos modelos não-lineares. A formulação é estendida para considerar a equação do comprimento de arco acoplada às equações de equilíbrio do método, possibilitando a obtenção de respostas com \"snap-back\". Introduz-se também uma equação de restrição na formulação, mais geral que a do arco. Considera-se o acoplamento da formulação do método dos elementos de contorno com o método dos elementos finitos para modelar o meio contínuo com fibras. No acoplamento, utiliza-se uma técnica com mínimos quadrados para reduzir o número de equações do problema, geradas a mais do que o número de incógnitas em função da adoção de diferentes aproximações polinomiais para aproximar deslocamentos e forças nas fibras. Considera-se um modelo não-linear para o escorregamento entre fibras e meio. A variável do deslocamento relativo é introduzida nas equações do acoplamento e a formulação resultante permite analisar meios com dano, enrijecidos com fibras, considerando-se perda de aderência entre os dois materiais. / In this work, a non-linear formulation of the boundary element method has been developed to analyse numerically damaged solids, taking into account the strain localization phenomenon. Two damage models are used, being one of them particularly applied to concrete materials. The regularization of the local models is introduced by the concept of non-local integral, aiming the mess dependency elimination that may appear if the local models are used. The proposed implicit formulation is written in terms of domain strain variables and is based on the consistent tangent operator - CTO, which is derived from the non-linear model constitutive relations. The formulation is extended to consider the arc-length scheme combined with the equilibrium equations of the boundary element method to make possible the analysis of solids exhibiting snap-back effects. A general constrained equation even more general than the arc-length one is also introduced. An improved version of the boundary element-finite element method combination is also discussed and implemented to analyse reinforced solids. The least square method is adopted to reduce the number of redundant equations obtained by adopting different approximation for displacements and interface forces. An appropriate non-linear bolting model is considered to control the interface force between matrix and fibers, introducing therefore the relative displacement variable in the coupling equations. The resulting formulation allow analysing damaged bodies reinforced by fibers and taking into account the bolting conditions between matrix and fibers.

Este trabalho contém relato e discussão sobre atividades e resultados obtidos durante uma tentativa para mostrar que pressiômetros e ensaios \"in situ\" podem ser úteis ao estudo de tensões e deformações de solos utilizados na construção de sub-base de pavimentos flexíveis. Verificaram-se condições para aceitar a hipótese: \"os módulos de elasticidade, estimados a partir de manuseio sobre dados obtidos através de levantamentos em campo com uso de pressiômetros PENCEL, poderão ser utilizados para estudo da relação entre tensões e deformações de solos granulares de sub-bases de pavimentos flexíveis\" - isso foi efetuado usando conceitos e estimativas de módulo de resiliência. Para isso, descreveram-se equipamentos e métodos de ensaio triaxiais com repetições de aplicações de cargas, para estimativa de módulos de resiliência, e, processos para levantamento de dados com o pressiômetro \"in situ\" nas sub-bases de pavimentos. Os dados usados foram obtidos nas rodovias BR 230 Rodovia Transamazônica e PB 055 Sapé a Guarabira, estado da Paraíba, Brasil. Estudos sobre a interseção de intervalos de confiança indicaram que, para o intervalo de tensões em sub-bases de pavimentos, as estimativas de módulos de elasticidade a partir de ensaios em campo com o uso de pressiômetros podem ser de mesma ordem de grandeza que os valores obtidos a partir de ensaios triaxiais em laboratório. / In this work it was described and discussed the actions and the results obtained in activities to show that pressuremeters and \"in situ\" test should be useful to study stress and strains of soils used on building flexible pavement sub-base. lt was verified some conditions to accept the hypothesis \"the elasticity modulus estimated from data obtained from PENCEL pressuremeter data field surveying should be used to study granular soils stress and strain in the flexible pavement sub-bases\" - this was done using the resilient modulus concepts and surveying. lt was also described methods and equipment applied to dynamic triaxial tests, and the process used to survey field data using the pressuremeter to estimate the resilient modulus. The data was obtained in sub-bases from the BR 230 The Transzamazonic Highway and PB 055 The Sape to Guarabira Highway, located in the State of Paraiba, Brazil. lt was showed that the confidence intervals intersections among the elasticity modulus obtained from pressuremeter data field surveying and laboratory triaxial tests should have the same level of values.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / A busca por veículos seguros é uma necessidade atual dado o grande número de colisões veiculares, conforme mostrado por estatísticas de trânsito. Para o desenvolvimento de veículos mais seguros é necessário o entendimento do esmagamento axial de seus componentes estruturais durante colisões, pois a deformação de tais componentes absorve grande parte da energia cinética. Neste sentido, este trabalho apresenta um estudo acerca do esmagamento axial de tubos de seção quadrada usados como absorvedores de energia. Esses tubos constituem geometrias representativas do crash box, um absorvedor de energia posicionado entre o para-choque e as longarinas de muitos modelos de veículos. Para o desenvolvimento do trabalho, a influência de três parâmetros foi estudada: material da composição do absorvedor (alumínio e aço), espessura da parede e presença de furos laterais circulares nas paredes dos absorvedores. Os estudos foram realizados por meio de ensaios de esmagamento em baixa velocidade (solicitação quase-estática) e simulações numéricas foram executadas com o objetivo de analisar os modos de flambagem e a distribuição de tensão ao longo das paredes dos absorvedores de energia. Indicadores de desempenho foram estabelecidos e comparados com a finalidade de identificar os absorvedores mais eficientes. Verificou-se que a espessura da parede e o material influenciam significativamente os indicadores de desempenho estudados. Sobre a influência dos furos laterais, foi constatado que esses constituem concentradores de tensão e estabelecem um padrão de distribuição da tensão ao longo das paredes dos tubos, o que altera o processo de deformação dos absorvedores de energia e consequentemente influencia os indicadores de desempenho analisados. Em relação ao indicador de desempenho energia absorvida, verificou-se um aumento de 28% para os absorvedores fabricados em aço e de 67% para os absorvedores fabricados em alumínio quando a espessura da parede foi aumentada. Sobre o estudo da presença de furos, foi verificado um aumento de 15% da energia específica para o caso do aço e 9% para o alumínio quando o absorvedor de melhor desempenho foi comparado ao absorvedor sem furos laterais. Como inovação em relação aos trabalhos apresentados pela literatura estudada, apresenta-se o estudo da presença de várias camadas de furos laterais e o uso de simulações numéricas de distribuição de tensão como forma de entendimento do esmagamento axial de absorvedores de seção quadrada. / The search for safe vehicles is essential nowadays due to the large number of car crashes, as can be noted by the traffic statistcs. In order to design safer vehicles, it is necessary the understainment on how the structural components of the car behaves under axial crushing, since its deformation absorbes a large percentage of the kinetic energy. In this sense, this work presents a study on the axial crushing of square tubes used as energy absorbers. These tubes are representatives of crash box, which is an energy absorber placed between the bumper and the side members of many vehicles. In order to develop this work, three parameters were studied: material used on the absorber (aluminium and steel), wall thickness and the presence of circular holes on the tubes’ walls. The studies were conducted by means of low-speed crushing testes (quasi-static solicitation) and numerical simulations were conducted in order to analysis the buckling modes and the stress distribution along the absorbers’ walls. Performance indicators were stablished and compared for the purpose of finding the most efficient absorbers. It was found that the tube’s wall thickness and its material have a great influence on the performance indicators. Concerning to the influence of the lateral holes, it was verified that the holes work as stress concentrators and induce a pattern for the stress distribution along the tubes’ walls. This pattern changes the way the energy absorber deformates, and the performance indicators also change as a consequence. Concerning to the Absoved Energy, an increase of 28% was verified in the absorbers made with steel and 67% for the absorbers made with aluminum when the wall thickness was increased. About the study related to the presence of lateral holes, it was verified an increase of 15% for steel and 9% for aluminum when the best absorber was compared to its equivalent with no holes. As innovation, this work provides a study concernig to the presence of various layers of lateral holes and the use of numerical simulations to promote a better understanding about the crhusing behavior of tubes used as energy absorbers.

Desde o seu surgimento, na França, o concreto armado vem evoluindo, com alterações nos materiais constituintes, nas dosagens e nos processos construtivos. Esta evolução tem como consequência uma variação no seu comportamento. Portanto, torna-se necessária a atualização das normas, que são as responsáveis por suas especificações. Com base na evolução do concreto, as normas, como o EC-2/89, CEB/90 e a NB-1, vem sendo substancialmente atualizadas, baseando-se em novos ensaios. Este trabalho aborda alguns aspectos que estão sendo alterados no estudo das deformações que ocorrem no concreto e no aço. Com base na análise de resultados, são feitas algumas considerações que podem contribuir para as modificações da NB-1, ora em desenvolvimento, e para futuros trabalhos sobre os temas abordados. / Since it appears, in France, the reinforced concrete has been developing, with changes in its component materials, in its doses and in its constructive process. This evolution has as result a change of its behavior. So, it makes necessary to bring the standards that are responsible for its specifications up to date. Based on the concrete evolution, the standards, as the EC-2/89, CEB/90 and the NB-1, have been essentially brought up to date based on new tests. This essay broaches some points of view that are being changed in the steel. Based on the result analysis, I do some considerations that can contribute for the modernization of the NB-1, for the time in development, and for future essays about the topics broached.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:37:06Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2384_1.pdf: 4356601 bytes, checksum: 00413d0c2641e1dee6d18aff93280046 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco / Este estudo foi motivado porque em 2001, três anos após a liberação para o tráfego, a BR 230/PB apresentou problemas estruturais. Pretende-se demonstrar que não é apenas a ação do tráfego que impõe uma vida útil limitada aos pavimentos, mas a ação conjunta deste com o clima, representado por seus elementos básicos, entre estes a umidade. Objetivamos neste trabalho avaliar o comportamento estrutural da BR 230/PB, quando as camadas localizadas abaixo do revestimento encontram-se com diferentes teores de umidade. Utilizou-se nesta pesquisa os resultados dos ensaios realizados em 2001. As tensões e deformações foram obtidas através do programa computacional, FEPAVE2, aplicando-se aos parâmetros obtidos os critérios de confiabilidade. Na análise dos resultados verificou-se que a deformação específica de tração que está submetida a camada de ligação foi superior a prevista para Nproj = 4,5 x 10 7, para período de 15 anos, correspondendo ao ano de 2003, como também para N = 3,1 x 10 7, previsto para 2009. Os resultados obtidos neste estudo nos leva a concluir que a diferença de rigidez entre a camada de ligação e a base foi a principal causa do trincamento prematuro da superfície do pavimento e tiveram início nas fibras inferiores da camada de ligação propagando-se para superfície

Orientador: Saulo Philipe Sebastião Guerra / Banca: Kleber Pereira Lanças / Banca: Fabricio Leite / Resumo: Os pneus agrícolas e florestais interferem significativamente no desempenho e rendimento das máquinas, sendo relevante o conhecimento de suas estruturas, pois existe uma íntima ligação do equipamento com o solo, e estes são responsáveis pela sustentação, propulsão e direcionamento das máquinas. Diversas características do pneu como a pressão de inflação, área de contato e a disposição e altura das garras na banda de rodagem interferem na física do solo. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a área de contato e os deslocamentos vertical e horizontal de dois pneus BPAF (Baixa Pressão e Alta Flutuação), um agrícola e um florestal, com as mesmas dimensões 600/55-26.5, em superfície rígida, em função da aplicação de diferentes pressões de inflação, segundo a orientação do manual técnico do fabricante, e a submissão dos mesmos a cargas suportadas. Foi utilizada uma prensa hidráulica pertencente ao NEMPA (Núcleo de Ensaio de Máquinas e Pneus Agroflorestais) da Faculdade de Ciências Agronômicas - UNESP, Câmpus de Botucatu - SP. O pneu agrícola foi submetido aos seguintes tratamentos de pressões e cargas: 48,2 kPa e 25 kN, 193 kPa e 50 kN, 234,4 kPa e 50 kN, 344,7 kPa e 50 kN. No pneu florestal foram realizados os tratamentos de pressões e cargas: 158,5 kPa e 35 kN, 241,3 kPa e 50 kN, 379,2 kPa e 50 kN e 496,4 kPa e 50 kN. Fixou-se uma folha de papel à uma superfície rígida para obtenção das áreas de contato dos pneus, e os mesmos foram prensados sobre a folha anteriormente citada. Secundariamente, foi posicionada uma fita de papel milimétrico. Foram obtidas fotos de cada área de contato e as leituras das áreas de contato foram realizadas utilizando o software ImageJ. Para obtenção dos valores dos deslocamentos horizontal e vertical utilizou-se dois sensores do tipo potenciômetros lineares. Observou-se que, com o aumento da pressão de ... / Abstract: Agriculture and forestry tires influence significantly the machines efficiency, thus it is relevant to consider their structures, because there is a directly relation between tires, that are responsible for the support, propulsion and steering of machines, and soil. There are several tires characteristics that impact soil physics, like inflation pressure, contact area, and the height of tread claws. The present study had as objective to evaluate the contact area, vertical and horizontal displacement of two BPAF (low pressure and high fluctuation) tires, one forestry and other agricultural, of same dimensions (600/55-26.5), in rigid surface, by applying different inflation pressures regarding the manufacturer's technical manual, and submitting both tires to supported loads. The experiment was accomplished using a hydraulic press in NEMPA (Agroforestry Machine and Tire Testing Center) located at Faculty of Agricultural Sciences (FCA/UNESP) in Botucatu-SP. The agricultural tire was submitted to the following pressure and loads treatments: 48,2 kPa and 25 kN, 193 kPa and 50 kN, 234,4 kPa, and 50 kN, 344,7 kPa and 50 kN. While the forestry tire was submitted to pressure and loads treatments as follow: 158,5 kPa and 35 kN, 241,3 kPa and 50 kN, 379,2 kPa, and 50 kN e 496,4 kPa and 50 kN. To get the contact area of each tire, they were pressed to a paper sheet that was fixed to a rigid surface. Then, a millimetric paper tape was placed. Pictures of each contact area were taken, and the areas were read with the software ImageJ. To obtain the values of horizontal and vertical offsets, two linear potentiometers sensors were used. It was observed that ... / Mestre

Este trabalho contém relato e discussão sobre atividades e resultados obtidos durante uma tentativa para mostrar que pressiômetros e ensaios \"in situ\" podem ser úteis ao estudo de tensões e deformações de solos utilizados na construção de sub-base de pavimentos flexíveis. Verificaram-se condições para aceitar a hipótese: \"os módulos de elasticidade, estimados a partir de manuseio sobre dados obtidos através de levantamentos em campo com uso de pressiômetros PENCEL, poderão ser utilizados para estudo da relação entre tensões e deformações de solos granulares de sub-bases de pavimentos flexíveis\" - isso foi efetuado usando conceitos e estimativas de módulo de resiliência. Para isso, descreveram-se equipamentos e métodos de ensaio triaxiais com repetições de aplicações de cargas, para estimativa de módulos de resiliência, e, processos para levantamento de dados com o pressiômetro \"in situ\" nas sub-bases de pavimentos. Os dados usados foram obtidos nas rodovias BR 230 Rodovia Transamazônica e PB 055 Sapé a Guarabira, estado da Paraíba, Brasil. Estudos sobre a interseção de intervalos de confiança indicaram que, para o intervalo de tensões em sub-bases de pavimentos, as estimativas de módulos de elasticidade a partir de ensaios em campo com o uso de pressiômetros podem ser de mesma ordem de grandeza que os valores obtidos a partir de ensaios triaxiais em laboratório. / In this work it was described and discussed the actions and the results obtained in activities to show that pressuremeters and \"in situ\" test should be useful to study stress and strains of soils used on building flexible pavement sub-base. lt was verified some conditions to accept the hypothesis \"the elasticity modulus estimated from data obtained from PENCEL pressuremeter data field surveying should be used to study granular soils stress and strain in the flexible pavement sub-bases\" - this was done using the resilient modulus concepts and surveying. lt was also described methods and equipment applied to dynamic triaxial tests, and the process used to survey field data using the pressuremeter to estimate the resilient modulus. The data was obtained in sub-bases from the BR 230 The Transzamazonic Highway and PB 055 The Sape to Guarabira Highway, located in the State of Paraiba, Brazil. lt was showed that the confidence intervals intersections among the elasticity modulus obtained from pressuremeter data field surveying and laboratory triaxial tests should have the same level of values.

Estágio realizado na ADIRA e orientado pelo Eng.º Tiago Brito e Faro / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008