Orientador: Aloisio Ernesto Assan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-28T13:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 VillegasSusaya_Wilber_M.pdf: 2815980 bytes, checksum: 18be25adff35e477fc57a7433778e87d (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O presente trabalho foi desenvolvido de um ponto de vista computacional, utilizando métodos matemáticos para a solução de equações não-lineares, aplicando o método dos elementos finitos a estruturas de concreto armado. O método do elementos finitos, aplicado à analise de estruturas, em forma geral, conduz a um sistema de equações que no caso não-linear exige algoritmos matemáticos mais refinados e/ou métodos iterativos que realizem uma linearização a cada passo do incremento de carga. O elemento finito adotado é cilíndrico circular com quatro nós e 5 graus de liberdade por nó tendo funções de forma baseadas em deformações pré-estabelecidas. Para representar o concreto como, se verá no capitulo 3 desta pesquisa, foi adotado o modelo de Darwin e Pecknold [26], que considera o concreto com comportamento ortotrópico. O aço é tratado da maneira usual com a Teoria da Plasticidade. A solução do problema não-linear que vem sendo utilizada pelo orientador é do tipo incremental-iterativa com o Método de Newton-Raphson e reformulando a matriz de rigidez a cada iteração. Nesta Dissertação foi implementado ao programa de computador desenvolvido pelo orientador um método Quase-Newton conhecido por BFGS. Os resultados obtidos analisando três cascas mostraram que não houve praticamente alterações nos resultados. Para os casos aqui tratados a utilização do método NewtonRaphson continua sendo a melhor opção, uma vez que o trabalho computacional é menor / Abstract: Nonlinear analysis of reinforced concrete circular cylindrical shell using a Quasi-Newton method. Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Universidade estadual de Campinas, 2000. This work was developed from a computational point of view, using mathematical methods for the solution of linear equations, applying the finite element method to reinforced concrete cylindrical shell structures. The finite element method, applied in the analysis of structures, in a general way, leads to a system of nonlinear equations that demands more refined mathematical algorithms and/or incremental-iterative methods that transform the nonlinear system in a linear one during every load step. The finite element used herein is circular cylindrical with four nodes and five nodal degrees of freedom, based on strain functions rather than the usual formulation based on independent displacement. The concrete was simulated using Darwin and Pecknold's model, considering orthotropic behavior. The reinforcement was treated in the usual way, considering the theory of plasticity. The solution of the nonlinear problem that was used by the adviser of this Dissertation is an incremental-iterative one coupled with the Newton-Raphson method, reformulation the stiffness matrix at every iteration. In this work a Quasi-Method with the BFGS search technique was implemented, with modifications in routines that treat the nonlinear solution. The results obtained in the analysis of three circular cylindrical shell structures, did not show considerable differences with those found with the Newton-Raphson approach. For the cases analyzed herein, the Newton-Raphson method is still the best option since the computational effort is smaller / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Katia Lucchesi Cavalca Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T05:26:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cavalcante_PaulaFrassinetti_D.pdf: 18098504 bytes, checksum: 504ae08541ec4275de5e52c7e4d999e5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A análise modal tem evoluído bastante nas últimas décadas e tem-se tomado, cada vez mais, uma importante ferramenta para a análise de problemas na área de dinâmica estrutural. Assim sendo, os problemas que envolvem a dinâmica de sistemas tem-se utilizado desta ferramenta para investigar o comportamento de máquinas rotativas e sua interação com seus componentes. Dessa forma, tem-se utilizado a análise modal na investigação de problemas experimentais que envolvem a dinâmica estrutural de máquinas rotativas e sua estrutura de suporte. Atualmente, novos modelos para análise do comportamento de máquinas rotativas tem levado em conta a interação entre os vários subsistemas que constituem o sistema analisado, e, portanto, a influência da fundação na resposta do sistema tem-se tomado mais evidente. Neste trabalho, propõe-se apresentar uma metodologia de cálculo dos parâmetros da fundação, cuja representação matemática no sistema rotor-mancais, permita uma simulação mais precisa destes componentes mecânicos no modelo do sistema completo. O procedimento consiste em representar a fundação através de seus parâmetros modais, determinados utilizando técnicas de análise modal clássica, e em seguida, através do método proposto (Método das Coordenadas Mistas) representá-Ia no sistema completo. A verificação experimental é feita através de um banco de provas, para o ajuste do comportamento vibracional da estrutura flexível, e sua interação com o subsistema rotor-mancais / Abstract: The analysis of the behavior of foundation and its influence on the whole system response, rotor-bearings-foundation, is of a great importance to investigate the dynamic response of these systems. Modal analysis procedures have been strongly developed in the last decades and have become important tools of analysis in engineering problems that involve rotating machinery and its supporting structure. The new models to analyze the rotating machinery behavior take into account several subsystems interaction, which constitute the whole analyzed system and, thus, the influence of the foundation as well. In this way, this work presents a methodology for dynamic analysis of the foundation using modal analysis techniques to determine its modal parameters(damping factor, natural frequency and generalized mass). The proposed method of mixed coordinates is then applied and the foundation effects are introduced in the complete mathematical model of the rotor-bearings system. In this procedure, the foundation is represented in the whole system through its modal parameters. The experimental validation is conducted in a set-up to fit the vibrational behavior of the flexible structure and its interaction with the rotorbearings system / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Fernando Iguti / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-31T15:21:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PerdaoJunior_Paschoal_D.pdf: 23163286 bytes, checksum: e406dddef61cc3954cd4692126c00781 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Este trabalho trata de expor detalhadamente, passo a passo, todos os requisitos necessários à utilização de B-splines como funções de forma, dentro do método dos elementos finitos, para aproximar a solução de estruturas de Barras, Vigas e Placas Finas. Característica à própria essência das B-splines, a suavidade, proporcionada pela continuidade 'C IND. 2¿ desses polinômios cúbicos, fornece todo um conceito de "robustez" a essas funções de aproximação, aumentando a precisão e a rapidez de convergência dos resultados obtidos. Uma etapa importante do presente trabalho é a introdução de nós auxiliares adicionais na definição das B-Splines próximas ao contorno das estruturas. Na formulação utilizada, o emprego de nós auxiliares, e a inclusão do quarto trecho polinomial de uma Spline cúbica nos elementos de extremidade vem a garantir a completude do espaço de aproximação. Estes nós auxiliares proporcionaram mais um grau de liberdade aos nós posicionados junto ao contorno da discretização. Este grau de liberdade adicional permite através de uma operação matricial a transformação das incógnitas do problema, de coeficientes das B-Splines para grandezas físicas, viabilizando a inclusão das condições de contorno físicas na formulação. Este procedimento é um avanço em relação às formulações reportadas na literatura, onde um "ajuste" nas B-Splines próximas ao contorno é realizado. Diversos exemplos numéricos, tanto em estruturas unidimensionais como em placas finas mostram a eficiência da formulação apresentada / Abstract: The present Thesis is a step by step formulation for the use of B-splines Functions in the Finite Element Method to approximate de solution of Bars, Beams and Thin Plates structures. The smooth character of the B-Splines given by the 'C IND. 2¿ continuity of these cubic polynomials provides a robust frame to the trial functions, increasing thus convergence and precision of the solutions. One important contribution of this work is the addition of auxiliary nodes in the definition of the B-Splines in the vicinity of the structure boundaries. These auxiliary nodes allow the inclusion of a fourth polynomial term in the interpolation of Spline elements close to the boundaries, which garantees the completness of the approximation spaces. The auxiliary spline nodes also permits the introduction of an extra physical degree of freedom at the boundaries of the structures. This additional degree of freedom, together with a coordinate transformation, allow the system equation to be written in terms of the physical boundary quantities. This procedure is an improvement, when compared to other formulations, which require a modification in the Spline functions near the boundaries, to account for the correct boundary conditions. Numerical examples for one- and two-dimensional structures show the efficiency and accuracy of the proposed methodologies / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T06:24:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mirisola_MarceloHenriqueBizarro_M.pdf: 3557658 bytes, checksum: 1d84aceed33a91925d0d85bf045308af (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nesta dissertação é abordado o tema otimização estrutural em componentes sob efeito de contato. O objetivo é otimizar a distribuição das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela. Para alcançar este objetivo, são apresentadas técnicas de otimização estrutural baseada no método dos elementos finitos, são estudados conceitos relacionados a problemas de otimização e problemas de contato, e é explorado o acoplamento entre problemas de otimização e de contato. O software de elementos finitos ANSYS 10.0 é aplicado em problemas de otimização, em problemas de contato, e em problemas de otimização com contato. O foco do trabalho é mantido nas técnicas de otimização paramétrica e de forma. Este trabalho propõe um método combinando os dois métodos de otimização presentes no modulo Design optimization do ANSYS. Os resultados mostram que o método combinado proposto é capaz de evitar pontos de mínimo local e apresenta uma boa relação entre a qualidade dos resultados e o "custo computacional". Também é proposta uma técnica de parametrização baseada na posição dos nós da malha de elementos finitos. Esta técnica apresenta a vantagem de não necessitar de um modelo em elementos finitos parametrizados da estrutura que se deseja otimizar. Exemplos de validação são apresentados e um modelo aproximado do problema das pressões de contato atuantes no olhal menor de uma biela é criado e otimizado, atingindo uma redução de 45% da máxima pressão de contato. / Abstract: This dissertation deals with the issue of structural optimization of components under contact effects. The aim is to optimize the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end. To achieve this goal, techniques of structural optimization based on the finite element method are presented, the basis of optimization and contact problems are briefly reviewed and the coupling of these problems is explored. The finite element software ANSYS 10.0 is applied in optimization problems, contact problems, and optimization problems with contact. The focus of the work is parametric and shape optimization techniques. This work proposes a method coupling the two-optimization methods within the Design optimization module of ANSYS. The results show that the proposed combined method is able to avoid local minima and achieve a good relation between the quality of results and the computational cost. It is also proposed a parameterization technique based on the node positions in the finite element mesh. This technique has the advantage of not needing a parameterized finite element model of the structure to be optimized. Examples for validation purposes are presented and an approximated model of the problem of the contact pressure distribution acting in the connecting-rod small end is designed and optimized, reaching a reduction of 45% in the maximum contact pressure. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-13T16:55:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Passalacqua_RicardoLuizAntoniolli_M.pdf: 1761222 bytes, checksum: 210835d85bf894a9e08c80add1420ec1 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Reparos estruturais são frequentemente utilizados para restauração da resistência original de estruturas que apresentem alguma falha considerando critérios associados à integridade estrutural ou à alteração de alguma capacidade inicial do projeto. As principais aplicações na engenharia são: em estruturas aeronáuticas, na recuperação de pontes e em dutos da indústria de petróleo e gás. Neste trabalho, estuda-se o comportamento mecânico de reparos estruturais manufaturados em materiais isotrópicos e compósitos. Duas técnicas de fixação dos reparos são consideradas: rebitagem para os reparos metálicos e colagem para os reparos metálicos e compósitos. Os critérios de falha considerados são: critérios da energia de distorção de von Mises e critério de fratura frágil linear elástica. O objetivo principal é o desenvolvimento de métodos de predição numérica do comportamento mecânico dos reforços estruturais levando-se em conta a modelagem das falhas na estrutura original, dos reparos adicionados e da técnica de adesão utilizada. As aplicações propostas envolvem análise numérica de chapas e placas homogêneas e de materiais compósitos. A técnica numérica selecionada é o método dos elementos finitos, que é empregado para os casos de estado plano de tensão e de flexão de placas delgadas. Critérios de desempenho relativo são propostos para auxiliar na análise e otimização de estruturas trincadas, reparadas pelo uso de chapas em compósito coladas. Para a modelagem do adesivo, são utilizadas formulações de parâmetros concentrados equivalentes, sendo que as tensões normais e cisalhantes são avaliadas na região dos adesivos. Exemplos bidimensionais e tridimensionais foram implementados para validar a metodologia proposta. Finalmente, as conclusões são apresentadas e sugestões de investigações futuras são propostas / Abstract: Structural repairs are often used to restore the original strength of structures that present failure associated with structural integrity or the modification of any initial capacity. The main applications in engineering are: aeronautical structures, the rehabilitation of bridges and pipelines in the oil and gas industry. This work present an analysis of the mechanical behavior of structural repairs manufactured in isotropic or composites material. Two techniques for join the repairs are considered: riveting for metallic repairs and bonding for metallic and composite repairs. The considered failure criteria are: the criteria of distortion energy of von Mises and the criteria of fracture mechanics. The main objective is the development of methods for numerical prediction of the mechanical behavior of structural reinforcements considering the failures in the original structure, the repair and the join technique. The proposed applications involve numerical analysis of plates considering isotropic and composite materials. The numerical technique used is the finite elements method, applied to plane stress and bending plates cases. Criteria for relative performance are proposed to assist in the analysis and optimization of cracked structures, repaired by the bonding of composite patchs. For the modeling of the adhesive, a concentrated parameters formulation is used, and the normal and shear stress are evaluated in the adhesive layer. Two-dimensional and three-dimensional examples have been implemented to validate the proposed methodology. Finally, conclusions are presented and suggestions for future research are proposed / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Katia Lucchesi Cavalca, Eduardo Paiva Okabe / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T09:22:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santana_PedroMenezes_M.pdf: 1559305 bytes, checksum: 5e83f98a9c2a81717c597a0f31a71208 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um sistema rotativo, quando gira, pode apresentar precessão no mesmo sentido (precessão direta) ou no sentido contrário (precessão retrógrada) ao da rotação. Estes dois modos combinados podem definir o comportamento da vibração do rotor. A formulação direcional é utilizada para representar os modos de precessão, possibilitando a obtenção da resposta dos modos diretos e retrógrados, separados no domínio da freqüência. O modo retrógrado, que pode ser resultado da anisotropia do sistema, deve ser evitado, já que provoca variações constantes nas tensões de tração e compressão nas fibras do eixo, o que pode propagar trincas e causar falha por fadiga. Este trabalho tem o objetivo de analisar a influência do grau de anisotropia dos mancais e da estrutura de suporte na resposta do modo retrógrado de precessão. Diversas configurações de sistema rotor-mancais foram modelados e estudados, utilizando coordenadas direcionais, para diferentes graus de anisotropia dos mancais flexíveis. Foram utilizados modelos de eixo rígido e flexível, incluindo um modelo de elementos finitos. Diferentes modelos experimentais de fundação foram incorporados ao sistema rotor-mancais. Os principais modos da fundação foram representados por coordenadas principais, e o sistema resultante é, portanto, representado por coordenadas mistas (físicas para o rotor e principais para a fundação). / Abstract: A rotating system, as it spins, can perform a whirling at the same direction (forward whirl) or at the opposite direction (backward whirl). These two whirling modes can define the rotor's vibration behavior. The directional formulation is used in modal analysis to represent the whirling modes, so it can be possible to obtain the forward and backward response separately on the frequency domain. The backward mode, that may occur as a result of the system's anisotropy, must be avoided, since it generates constant variations of the traction and compression tensions at the shaft, which can provoke fatigue failure. The objective of this work is to analyze the influence of the anisotropy degree of the bearings and supporting structure on the backward mode of whirl. Different rotor-bearings configuration where modeled and studied, using directional coordinates, for different bearings' coefficients. Rigid and flexible shaft models where used, including a finite elements model. For a better understanding of the system's response, different experimental supporting structure (foundation) models where incorporated to the rotor-bearings system, and the directional response of the rotor-bearings-foundation system was calculated. The main foundation modes were represented by modal coordinates, and the resulting system is, thus, represented by mixed coordinates (physical coordinates for the rotor and modal coordinates for the foundation). / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Renato Pavanello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-09T13:01:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_FranciscoIlsonda_D.pdf: 14371994 bytes, checksum: 62ec5e37c9e4a7e588b3e344df5a1542 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho, estudam-se os fenômenos de propagação de ondas elásticas e acústicas em meios poroelásticos acoplados e se propõe uma metodologia de projeto de isolação acústica em baixas freqüências, utilizando-se de técnicas de otimização topológica. Duas formulações para o método de elementos finitos são utilizadas, baseadas nas equações clássicas de Biot modificadas, escritas em termos do deslocamento estrutural (u) e da pressão acústica (p) nos interstícios preenchidos pelo fluido. O problema físico consiste em um material poroelástico absorvedor presente em um tubo de Kundt acoplado a um guia de onda no domínio das baixas freqüências. A célula representativa é composta por dois sub-domínios: Acústico e Poroelástico. Dois métodos para a maximização da absorção acústica são propostos. O primeiro método é uma seqüência evolucionaria baseada no número de sensibilidade determinado a partir dos valores de absorção elementar acústica. O segundo método é baseado na técnica SIMP (¿Simple Isotropic Material with Penalization¿) e envolve uma análise de sensibilidade e métodos de programação matemática. A análise de sensibilidade do sistema acoplado é feita através de três metodologias distintas. Um Método de Programação Linear Seqüencial, o SLP (¿Sequential Linear Programming¿) é utilizado na solução do problema de otimização para validar a metodologia proposta. Finalmente, as principais conclusões são apresentadas e algumas sugestões de investigações futuras são propostas / Abstract: This work aims to study the coupled poroelasticity and build a design methodology based on Evolutionary and Topological optimization techniques. Two version of the classical Biot equations are written in terms of solid phase structural displacements (u) and interstitial acoustic pressure (p). The problem is solved using a Kundt tube model coupled to an acoustic wave guide in the low frequency domain. Two methods for the maximization of the acoustic absorption at a specific frequency are proposed. The first method is an evolutionary sequence, based on a sensitivity number and obtained by acoustic elementary absorption determination. The second method is based on a SIMP technique (Simple Isotropic Material With Penalization). It involves a sensitivity analysis and mathematical programming methods. A sensitivity analysis of the coupled system is done by three different methodologies. A Sequential Linear Programming Method (SLP) is used to solve the optimization problem. Bidimensional and Tridimensional examples have been implemented and optimized to validate the proposed methodology investigations are proposed. Finally, the main conclusions are presented and some suggestions about future investigations are proposed. / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Nilson Tadeu Mascia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-09T14:29:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forti_NadiaCazarimdaSilva_M.pdf: 2737779 bytes, checksum: ef0859d0c54102ccc7c7df3f3e38f2b0 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O desenvolvimento tecnológico do projeto em estruturas de madeira permitiu melhorar o conhecimento de suas propriedades mecânicas e dos sistemas de conexões em estruturas. Estruturas mistas de madeira com concreto ou aço e os reforços do material com fibras de polímeros estruturais passaram a ser realidade. As estruturas mistas, constituídas por materiais de diferentes propriedades mecânicas associados, são uma solução alternativa às estruturas de uso corrente na construção civil. Essa medida busca obter redução de custos de construção, mantendo também a segurança estrutural, com um desempenho arquitetônico e ambiental vantajoso. A integração de uma estrutura mista deve-se, em geral, à eficiência do sistema de ligação, podendo ser do tipo rígido ou flexível. Esse sistema é responsável por transmitir a força de cisalhamento longitudinal na interface dos dois materiais combinados ao longo do comprimento da viga e também, impedir o desprendimento vertical dos mesmos. Esta pesquisa contribui para a análise do comportamento mecânico de vigas mistas de três maneiras: via programa de elementos finitos bidimensionais, via resolução analítica das equações de equilíbrio e via a equação do princípio dos trabalhos virtuais. A última abordagem foi concebida a partir de pesquisas de teoria das estruturas, expandindo seus conceitos para vigas mistas. A formulação proposta satisfaz as equações de equilíbrio mostrando-se consistente e seus resultados são condizentes com dados experimentais. Essa formulação pode ser facilmente integrada a códigos de elementos finitos requerendo apenas elementos unidimensionais / Abstract: The technologycal development of the design in wood structures has improved the knowledge of the material mechanical properties and the connection systems applied to structures. Composite structures of wood with concrete or steel and structural reinforcement using polymer fibers have become a reality. These structures, constituted by associating materials with different mechanical properties are an alternative solution for current using structures in civil construction. This arrangement aims at obtaining a reduction of construction costs also maintaing the structural safety with advantageous environmental and architectural performance. The integration of a composite structure is, in general, due to the efficiency of the connection system that can be rigid or flexible type. This system is responsible to transfer the longitudinal shear force on the interface of the associated materials along the beam length and to avoid the vertical detachment of them as well. This research contributes to the analysis of the mechanical performance of the composite beams in three ways: bidimensional finite element program, analytical solution of the equilibrium equations and virtual work principle equation via. The last approach was conceived from structural theory researches, expanding their concepts for composite beams. The proposal formulation fulfils the equilibrium equation showing to be consistent and the results fit with the experimental data. This formulation can be easily integrated to a finite element procedure requiring unidimensional elements only / Mestrado / Estruturas / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ErickSlisRaggio_D.pdf: 9701048 bytes, checksum: ef950a7408bf4167850acdaf6ee45a45 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A exploração de recursos minerais tem se apresentado como uma atividade de destaque na economia brasileira. Os ambientes nos quais estes recursos são encontrados se apresentam complexos e desafiadores à produção e requerem tecnologia e conhecimento indisponíveis no mercado para permitir converter reservas em produção. No âmbito da perfuração e completa ção de poços de petróleo, torna-se cada vez mais importante a compreensão e reprodução do comportamento hidromecânico de rochas em profundidade. É comum o emprego da teoria da elastoplasticidade para a modelagem dos comportamentos de deformações reversíveis e irreversíveis observados em rochas. A modelagem do comportamento hidráulico do meio poroso conduz a acoplamentos poroelastoplásticos de diversas naturezas. Contudo, não foi encontrado na literatura um texto único que postule a formulação poroelastoplástica considerando a contrapartida plástica do armazenamento de fuidos na formação. Neste trabalho objetiva-se reunir uma formulação poroelastoplástica consistente capaz de empregar modelagens constitutivas elastoplásticas que reproduzem mais fidedignamente o comportamento de rochas em relação aos largamente empregados modelos baseados na superfície de falha de Mohr-Coulomb. São empregados os modelos constitutivos de Lade-Kim e Sandler e Dimaggio, que apresentam endurecimento isotrópico e são capazes de modelar comportamentos de compactação e controle de dilatância. Formula-se também um algoritmo genérico de decomposição elastoplástica com controle de erro por subincrementação e capaz de determinar a matriz tangente elastoplástica consistente com auxílio de estratégias de diferenciação automática. A implementação deste módulo na linguagem C++ genérica e orientada a objetos, juntamente com módulos de análise elastoplástica e poroelastoplástica, permitiram a extensão do ambiente de computação científica PZ para modelar estes tipos de problemas. Como resultado obtiveram-se algoritmos bastante robustos e respostas mecânica e hidromecânica de simulações de perfuração de poços bastante condizentes com a experiência do doutorando. / Abstract: The exploration of mineral resources is growing in importance in the Brazilian economy. Since the environments in which these resources are found are becoming increasingly more complex and challenging for the production phase, currently unavailable knowledge and technologies are required to produce these reserves. In the particular well drilling and completion areas, the comprehension and numerical reproduction of the hydromechanical behavior of rocks in such deep environments become an issue. The observed reversible and irreversible strain behavior of rocks is commonly modeled by the elastoplasticity theory. The hydraulic modeling of a porous media leads to poroelastoplastic couplings of several kinds, but an unique text on poroelastoplastic postulation concerning the plastic counterpart of fluid storage in the formation had not been found in the bibliography. Thus, this thesis aims for the development of a consistent poroelastoplastic formulation applied to the elastoplastic consitutive models of Lade-Kim and Sandler & Dimaggio. These models embody isotropic hardening and allow the correct modeling of rock compaction and controled dilatancy, resembling the rock behavior in a more reliable sense than the conventional and largerly applied models based on the Mohr-Coulomb yield surface. The author presents a generic elastoplastic decomposition algorithm with adaptive substepping in order to constrain the ODE's integration deviation. A consistent jacobian operator evaluation becomes feasible by the adoption of automatic differentiation strategies. The final C++ implemented generic and object-oriented elastoplastic decomposition and elastoplastic and poroelastoplastic simulation modules extend the PZ scientific computation environment to the simulation of such problems. The resultant algorithms presented high computational robustness and mechanical and hydromechanical well drilling behavior agreeing to the author's experience. / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Geraldo Lucio Diniz / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-15T19:26:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_AndersonDias_M.pdf: 1758374 bytes, checksum: 7e78723cd6edfc87defaf3b173b3ea96 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é estudado um problema de dispersão de poluentes num trecho do rio Paraguai, na cidade de Cáceres, onde desemboca o córrego Sangradouro. Feita a modelagem do problema para um sistema bi-dimensional, é obtida a formulação variacional, introduzindo uma solução denominada solução fraca, para a qual se tem demonstrada a existência e unicidade de solução. Em seguida, são definidos os processos de aproximação da solução fraca, com a discretização espacial (via método de Galerkin) e temporal (via método de Cranck-Nicolson). Por fim, são apresentadas algumas simulações de cenários para teste do código numérico, implementado em ambiente MATLAB® / Abstract: In this thesis, a problem of pollutant dispersion in an urban part of the Paraguay River is presented. The studied part of the river is in the city of Caceres-MT, Brazil, where the Sangradouro creek flows. The mathematical model is made for a bi-dimensional system, and the weak formulation of the problem is developed, for which existence and uniqueness of solution are obtained. Furthermore, the approximations of weak solution by the Galerkin scheme, for spatial discretization, and Crank-Nicolson scheme, for the time discretization are defined. Finally, some simulations of scenarios are presented in order to test the numerical code which was implemented in the MATLAB® environment / Mestrado / Biomatematica / Mestre em Matemática