Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2012-10-18T12:13:29Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T22:53:35Z : No. of bitstreams: 1 181629.pdf: 19909910 bytes, checksum: 9e1a09c37e81b5b7dfd9f02666212ec7 (MD5) / Para melhorar a análise de projetos em alvenaria estrutural, está sendo desenvolvido como parte de um projeto de pesquisa um modelo tridimensional baseado no Método dos Elementos Finitos e sendo implementado em um programa computacional de fácil utilização, denominado EDALV. Esta dissertação está inserida neste projeto de pesquisa e tem como objetivo estudar a modelagem de lajes dos edifícios de alvenaria estrutural. No estudo inicial modelou-se 78 casos com edifícios de 4 e 8 pavimentos, variando-se suas dimensões em planta, a espessura das lajes e as seções dos pilares-parede. Comparou-se o modelo usual de diafragma rígido com modelos de elementos finitos planos e de casca, verificando-se que em muitos edifícios a hipótese de diafragma rígido não apresenta uma boa solução. A partir deste estudo inicial escolheu-se elementos de estado plano de tensão para modelar as lajes, desprezando-se sua rigidez fora do plano. Foi utilizada a técnica de subestrutura, desenvolvendo-se um "superelemento" diafragma, que foi implementado no programa EDALV. Também foi elaborado nesta dissertação um programa pré-processador para a entrada de dados via janelas e geração de malhas, denominado WINEDALV. Dois exemplos foram analisados utilizando-se os superelementos diafragma através do programa EDALV. Os resultados foram verificados em comparação com resultados obtidos pelo programa SAP 2000.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T18:09:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T01:33:12Z : No. of bitstreams: 1 139848.pdf: 39538959 bytes, checksum: 23fc6c2cf10b641cb096441c4b6346ae (MD5)

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-19T00:58:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Esta dissertação apresenta a irnplementação de um Método de ConfIabilidade para Elementos Finitos. O objetivo principal do trabalho é criar uma ferramenta prática para o cálculo de probabilidade de falha em problemas reais de engenharia. Os modelos e métodos de confiabilidade estrutural são apresentados. Os modelos para Interferência entre Populações e para Falha a Primeira Sobrecarga são discutidos em detalhe. No Método de Aproximação de Primeira Ordem, a transformação para o espaço normal padrão e um algoritmo de otimização para procura do ponto de projeto são estudados em detalhe. No Método de Segunda Ordem, a representação de uma equação de estado limite genérica por uma superfície de segunda ordem é analisada. O método de simulação de Monte Carlo é apresentado, com ênfase para os métodos de amostragem por importância. O método da superficie de resposta, que permite a aplicação de simulação em problemas de solução muito demorada, também é apresentado. Os métodos de elementos finitos estocásticos são apresentados. Uma comparação entre o Método de Conflabilidade para Elementos Flnitos e os tradicionais Elementos Finitos Estocásticos de Segundo Momento é feita. O trabalho é implementado na forma de um conjunto de subrotinas para o programa de análise ANSYS. Uma série de exemplos são analisados para verificar a precisao e eficiência do método desenvolvido. Os resultados obtidos são muito satisfatórios para problemas lineares ou levemente não lineares. Sugestões são feitas para melhorar a performance do método em problemas altamente não lineares, bem como para aproveitar as rotinas programadas em programas de confiabilidade mais abrangentes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico / Made available in DSpace on 2012-10-19T05:04:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T21:12:25Z : No. of bitstreams: 1 179112.pdf: 10507661 bytes, checksum: 774b770fed598ca66bfea4c95a543821 (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de uma metodologia original para o cálculo das correntes inter-barras em motores de indução de gaiola. A técnica apresentada é baseada no Método de Elementos Finitos em duas dimensões (Lógica EFCAD-com Movimento desenvolvida no GRUCAD/LEEI) e utiliza o Modelo Multi-Fatiado para representar a inclinação das ranhuras do rotor. Resistências transversais (inter-barras) são inseridas no circuito rotórico e a Teoria de Circuitos (Método das Correntes Independentes) é adotada para acoplar as equações de campo às equações do circuito rotórico. A metodologia é aplicada no estudo de dois motores de indução de gaiola comerciais de alta potência. Os resultados obtidos mostram que para motores com problemas de isolação das barras do rotor a inclinação é a causa principal para a circulação de correntes inter-barras. Com a inclinação e baixo valor de resistência transversal estas correntes tendem a valores elevados podendo danificar o rotor e gerar perdas Joule adicionais que comprometem o rendimento do motor. A técnica desenvolvida mostrou-se eficaz para o estudo das perdas inter-barras que representam uma importante componente das perdas adicionais em carga dos motores de indução de gaiola

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T09:34:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T21:17:18Z : No. of bitstreams: 1 177368.pdf: 38469007 bytes, checksum: 76b4c8b1ce7c224bf24ae943f25895fc (MD5) / O presente trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um método de análise de dispositivos eletromagnéticos lineares alimentados por circuitos elétricos externos. O dispositivo eletromagnético é modelado pelo Método de Elementos Finitos em duas dimensões e o equacionamento do circuito é feito em variáveis de espaço de estados. Um acoplamento forte entre os dois sistemas de equações é conseguido utilizando-se as grandezas comuns a ambos, isto é: as correntes e as tensões nos enrolamentos do dispositivo eletromagnético. A montagem dos sistemas de equações é totalmente automática e sua resolução simultânea. Este método está implementado no programa denominado EFCIRMov, um Programa de Simulação Numérica de Conversores Estáticos Associados a Estruturas Eletromagnéticas Modeladas pelo Método de Elementos Finitos. No programa é aplicada a técnica de banda de movimento para simular o deslocamento da parte móvel do dispositivo eletromagnético a velocidade imposta. A fim de validar o método proposto, foi implementada uma Bancada Experimental para o controle do fim de curso do motor e de inversão do movimento. Foram realizadas ensaios experimentais com um Motor de Indução Linear Tubular, construído pela firma Equacional de São Paulo. Os resultados obtidos nas simulações concordam com os resultados experimentais.

Orientador : Marcelo Risso Errera, Ph.D. / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 16/04/2010 / Inclui bibliografia / Resumo: As redes em forma de árvore (sem loops) são formas geométricas onipresentes na natureza, tendo sua formação e configuração sido alvo de importantes pesquisas. Em especial, estão as redes de drenagem hidrográfica. Entretanto, boa parte dos trabalhos tem considerado estas redes como resultado de chance e necessidade, com forte presença de aleatoriedade. Em contrapartida, uma linha de pesquisa recente tem tratado o tema a partir de termos completamente determinísticos, a partir de princípios termodinâmicos aplicados na Teoria dos Constructais. Este trabalho tem por objetivo dar continuidade a trabalhos anteriores nesta linha. Propõe-se simular a formação determinística de uma bacia hidrográfica plana, inicialmente de permeabilidade homogênea e isotrópica (idealizada em trabalhos anteriores), com exceção a algumas parcelas impermeáveis e sem liberdade de movimento. A bacia recebe uma carga hidráulica (chuva) homogênea, e os canais são formados a partir do campo de pressão estabelecido. A hidrodinâmica é simulada considerando um fluxo de Darcy em solo saturado, e o campo de pressão é, então, obtido numericamente, utilizando o Método dos Elementos Finitos. Os resultados apontam para três conclusões importantes: ocorre a criação de regiões de estagnação anteriores às singularidades; a transposição destas singularidades representa um grande alívio à resistência do sistema; quanto maior a dispersão espacial das singularidades e menor a distância destas para a exutória, menor o ganho de performance com a formação da rede. Palavras-chave: redes determinísticas, teoria dos constructais, geomorfologia, Método dos Elementos Finitos. / Abstract: Tree-shaped networks are geometrical forms omnipresent in nature, whose formation and configuration have been aims of important researches. Namely there are the hydrographic drainage networks (river basins). However, most studies have considered networks as a result of chance and necessity, with strong randomness presence. On the other hand, a recent line of research has been approaching the question based on fully deterministic terms, with the help of Constructal Theory principles. This work aims to continue previous works on this subject. A planar river basin formation within a deterministic framework is proposed (idealized in previous works), with the exception of some impermeable parts without freedom to morph. The basin receives a homogeneous hydraulic source (rain), with the channels being formed to reduce the established pressure field. The hydrodynamics is simulated assuming Darcy flow. The pressure field is then computed numerically, using the Finite Element Method. The results have leaded to three main conclusions: there is the formation of stagnation regions prior to the singularities; the system global performance has a great boost after the transposition of these singularities; the larger are the singularities spatial dispersion and the longer are their distance to the outlet, the lesser is the performance gain from the network formation. Keywords: deterministic networks, Constructal Theory, Geomorphology, Finite Elements Method.

Orientador : Prof. Dr. José Marques Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Construção Civil. Defesa: Curitiba, 31/08/2015 / Inclui referências : f. 173-184 / Area de concentração : Materiais e estruturas / Resumo: A demanda por energia, água e outros serviços vêm aumentando continuamente para sustentar o desenvolvimento econômico e melhorar as condições de vida das pessoas. As barragens são vitais para que a população tenha acesso aos insumos básicos fundamentais, entretanto são estruturas que apresentam um risco potencial elevado, motivo pelo qual os regulamentos de segurança, além das recomendações de projeto, prescrevem atividades de acompanhamento e observação, por instrumentação, inspeção visual ou ensaios específicos. Por sua importância e pelo aumento ainda significativo da população mundial, é necessário que continuem os estudos dos materiais e novas técnicas de construção para empreendimentos hidráulicos em busca da solução mais sustentável possível. Dentre as várias soluções possíveis de barragem, as barragens de concreto à gravidade foram muito utilizadas no passado, e com o advento a técnica construtiva do Concreto Compactado com Rolo tornaram-se atrativas nas últimas duas décadas. Geralmente, os critérios usuais de projeto de barragens de concreto à gravidade indicam que uma solução analítica, considerando um modelo bidimensional, com distribuição linear de tensões na base, é suficiente para análise da segurança da estrutura. Como consequência desse processo simplificado, como barragens são estruturas tridimensionais, verifica-se que os protótipos em operação apresentam comportamentos muito diferentes daqueles assumidos nas análises simplificadas 2D, com peculiaridades que acabam sendo negligenciadas. Grosseiramente, as análises como corpo rígido pelo processo de equilíbrio limite desprezam as tensões tangenciais geradas pela declividade das ombreiras, além da óbvia diferença de distribuição de tensões. Sabendo da complexidade de um projeto civil de uma barragem, por ser um projeto multidisciplinar, envolvendo diversas áreas de conhecimento, e das inúmeras simplificações que são feitas no dimensionamento, a avaliação de barragens via Método dos Elementos Finitos através de modelos tridimensionais é uma ferramenta interessante que permite análises mais completas, e uma análise crítica dos critérios de projeto. O objetivo do presente trabalho é avaliar os Critérios de Projetos e de Estabilidade nas ombreiras de Barragens de Concreto à Gravidade, avaliando os efeitos dos parâmetros da interface entre concreto e rocha, evidenciando a necessidade de investigações adequadas da fundação e do concreto. Foram utilizados modelos tridimensionais no programa SAP 2000, para uma barragem com altura de 50 metros, parametrizando os estudos em função da declividade da ombreira e dos parâmetros físicos do concreto e da rocha da fundação. Após a apresentação dos conceitos, apresenta-se uma análise de sensibilidade da estabilidade global variando as características dos materiais, baseadas em valores reais utilizados em barragens de concreto disponíveis na literatura; e variações nos ângulos médios das ombreiras de 0º, 10º, 20º e 30º. Os resultados foram validades através da comparação com os critérios preconizados pelo Manual de Viabilidade da Eletrobrás, 2003, e com modelos de elementos finitos bidimensionais com a mesma geometria. Mostra-se claramente a importância da avaliação adequado dos parâmetros de fundação. Também se evidencia a influência da inclinação das ombreiras nos cálculos, onde o aumento da inclinação degrada significativamente os parâmetros de segurança ao deslizamento, com necessidade de presença de coesão significativa nos modelos mais inclinados. Durante os estudos, verifica-se que as tensões de tração obtidas no modelo com inclinação de 30º são superiores aos limites recomendados. Também foi feita uma análise dos deslocamentos da estrutura, que são significativamente inferiores a alguns processos de execução de juntas, e no caso estudado a hipótese de haver contato entre os blocos mostra ser inadequada. Palavras Chave: barragens, concreto, estabilidade, ombreiras, análise tridimensional / Abstract: The human needs for water and energy are continuously growing in order to permit the economic growth and to improve life quality. Dams are necessary to furnish the basic water resources, but their structures need and special safety analysis because failure could lead to a catastrophic situation. Consequently, several dam regulations indicate the necessity of continuous dams safety monitoring and instrumentation. In order to attend the water resources necessities, it is very important to study new techniques and solutions, using sustainability approaches. Usually, the global stability analysis used in dam design considers very simple 2D models, considering stress linear distribution in the dam horizontal base. Obviously, this approach do not represents the actual dam behavior, mainly in the abutments. In order to improve the solution, the Finite Element Method (FEM) could be a useful tool to analyze and study dams. This dissertation purpose is to evaluate the frequently used gravity dams design criteria throughout FEM analysis, in order to verify abutm ent blocks safety. The study proposed a sensitivity analysis varying rock and concrete mechanical parameters, and the dam rock interface envelopes. Keywords: dams, concrete, stability analysis, concrete gravity dam

Orientador : Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado / Co-orientador : Prof. Dr. Marcos Arndt / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 17/02/2016 / Inclui referências : f.134-141 / Área de concentração: Mecânica Computacional / Resumo: No contexto da analise dinâmica de estruturas, uma das limitações do Método dos Elementos Finitos (MEF) e a dificuldade de aproximar as altas frequências. Essa falta de precisão se torna mais significativa à medida que os carregamentos excitem os modos com frequências mais altas. Visando abordar esse tipo de problema é possível utilizar o Método dos Elementos Finitos Generalizados/ Estendido (MEFG/MEFE) para enriquecer o espaço de aproximação e representar melhor esses modos de alta frequência. Apesar das excelentes propriedades do MEFG/MEFE como alta acurasse versatilidade de aplicação e excelentes taxas de convergência, há aspectos que ainda limitam sua aplicabilidade como a instabilidade numérica associada ao processo de enriquecimento presente mesmo em problemas de valor de contorno bem postos. As matrizes do MEFG/MEFE podem ser consideravelmente mal-condicionadas, podendo resultar em uma perda de acurácia da aproximação, e até mesmo resultando em matrizes numericamente singulares. Assim, neste trabalho apresentam-se duas propostas para contornar o problema de sensibilidade do MEFG: uma adaptação do Método dos Elementos Finito Generalizado Estabilizado voltado a Análise Dinâmica e uma estratégia de pré-condicionamento das funções de enriquecimento. Diversos exemplos unidimensionais de análise modal e transiente são apresentados e seus resultados são discutidos, mostrando que as implementações propostas possibilitam captar melhor frequências mais elevadas, melhorando a representatividade do espectro. Observando o ganho de estabilidade numérica proporcionado pela adoção da estratégia de pré - condicionamento das funções de enriquecimento, estendeu-se sua proposta a análise modal bidimensional, onde a instabilidade numérica do refino p pode ser então contornada, implicando em consequente ganho de acurasse no espectro de frequência. / Abstract: In the context of dynamic analysis of structures, one of the limitations of the Finite Element Method (FEM) is the difficulty of approaching the high frequencies. This lack of precision becomes more significant as the loading excite modes with higher frequencies. Aiming at address this problem one may use the Finite Element Method Generalized / Extended (GFEM / XFEM) to enrich the approximation space and better represent these high frequency modes. Despite the excellent properties of GFEM / XFEM as high accuracy, application versatility and excellent convergence rates, there are aspects that still limit its applicability as the numerical instability associated with this enrichment process even in well-placed boundary value problems. GFEM/XFEM matrices may be ill-conditioned, which may result in a accuracy loss, and even resulting in numerically singular matrices. In this work two proposals are presented to circumvent the GFEM sensitivity problem: an adaptation of the Stabilized Generalized Finite Element Method applied to Dynamic Analysis and a pre-conditioning of enrichment functions. Several examples of one-dimensional modal and transient analysis are presented and results are discussed, showing that the proposed implementations allow to better capture higher frequencies, improving representation of the spectrum. Considering the numerical stability provided by the adoption of preconditioning of enrichment functions strategy, its proposal was extended to the two-dimensional modal analysis enabling to

Orientador : Profª. Drª. Liliana Madalena Gramani / Co-orientador : Prof. Dr. Eloy Kaviski / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 04/05/2016 / Inclui referências : f. 114-119 / Área de concentração : Programação matemática / Resumo: Barragens de concreto respondem a diversos tipos de carregamentos, sejam eles provenientes da força da gravidade, pressão hidrostática da água ou variação térmica sazonal. Dentre estes, diversos trabalhos presentes na literatura destacam a importância de se avaliar os efeitos da temperatura no desempenho estrutural de barragens. Altos índices de variação de temperatura podem afetar o desempenho, resistência e durabilidade das estruturas, de modo que a correta avaliação do campo de temperaturas é essencial para que uma futura análise e determinação das tensões de origem térmica possa ser realizada. Através de um estudo de caso na Barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu (UHI), é proposto um esquema numérico via elementos finitos para calibrar e validar os parâmetros térmicos do concreto (condutividade térmica, calor e massa específica) de um bloco de contraforte quando este está sujeito à variação térmica sazonal. Devido ao advento das aplicações do Cálculo Fracionário (que se trata de uma abordagem generalizada do Cálculo Tradicional, onde derivadas e integrais sucessivas podem ser de ordem não inteira) esta tese traz como inovação a modelagem térmica em barragem de contrafortes através de Equações Diferenciais Fracionárias. As soluções de um modelo via Cálculo Tradicional e via Cálculo Fracionário foram analisadas comparativamente aos dados observados por meio do MAPE (Erro Percentual Absoluto Médio). Para o caso da barragem da UHI, com geometria, condições de contorno e propriedades do concreto bem definidas, o modelo térmico fracionário apresentou um resultado mais próximo à realidade do bloco em estudo ao verificar que o maior MAPE nos pontos de prova foi de 3.23%. O objetivo assim é instigar futuras aplicações do Cálculo Fracionário no âmbito de barragens. Palavras-chaves: Modelagem Térmica. ANSYS. Equação do Calor Fracionária. Métodos Aproximados. / Abstract: Concrete dams respond to various types of loads, whether from the force of gravity, hydrostatic water pressure or seasonal thermal variation. Among these, several studies in the literature highlight the importance of evaluating the effects of temperature on the structural performance of dams. High temperature change rates may affect the performance, strength and durability of the structures, so that the correct evaluation of the temperature field is essential for future analysis and determination of the thermal stress can be performed. Through a case study in Itaipu Hydroelectric Power Plant dam (UHI), a numerical scheme is proposed via finite element to calibrate and validate the thermal parameters of concrete (thermal conductivity, heat and density) of a buttress block when this it is subject to seasonal thermal variation. Due to the advent of applications of Fractional Calculus (which is a generalized approach to the traditional calculation, where derivatives and successive integrals can be no integer order) this thesis brings as innovation thermal modeling in buttresses dam through Fractional Differential Equations. The solutions of a model via traditional calculation and via Fractional Calculus were analyzed in comparison to the observed data through MAPE (Mean Absolute Percent Error). In the case of UHI dam, with geometry, boundary conditions and concrete properties well defined, the fractional thermal model presented closer to reality block in study results to check the biggest MAPE in test points was 3.23%. The purpose is to instigate so future applications of fractional calculus under dams. Key-words: Thermal Modeling. ANSYS. Fractional Heat Equation. Approximate methods

Orientador : Prof. Dr. Roberto Dalledone Machado / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias Exatas e Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduaçao em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 13/07/2012 / Inclui referências / Área de concentração: Mecânica computacional / Resumo / Resumo: A análise dinâmica de estruturas tem como objetivo avaliar a resposta estrutural quando variações temporais que causem efeitos inerciais não possam ser desconsideradas. O Método dos Elementos Finitos (MEF) é atualmente utilizado em larga escala para a análise dinâmica de estruturas, devido à sua robustez e flexibilidade. Além disso, a análise dinâmica de estruturas está intimamente relacionada com a equação da onda, o que aumenta o interesse na formulação de métodos eficientes para a análise dinâmica. O MEF convencional utiliza funções polinomiais para construir soluções aproximadas para um dado problema. Porém, sabe-se que as soluções de problemas relacionados a fenômenos oscilatórios frequentemente envolvem termos trigonométricos. Neste contexto, termos trigonométricos podem ser incorporados às aproximações do MEF através da utilização do Método dos Elementos Finitos Generalizado (MEFG). O MEFG é uma extensão do MEF convencional que permite a inclusão de funções não polinomiais à aproximação. Estas funções são capazes de representar algum comportamento conhecido do fenômeno sendo estudado. Neste trabalho são apresentadas formulações do MEFG para os problemas de: barras sujeitas a deslocamentos axiais, vigas sujeitas a deslocamentos transversais, equação da onda bidimensional e estado plano de tensões. São realizadas análises para a resposta no tempo e análises modais. Os resultados são comparados com aqueles obtidos com o Método dos Elementos Finitos Hierárquico (MEFH) polinomial, uma abordagem que permite a formulação de elementos de alta ordem. Os exemplos estudados indicam um grande potencial do MEFG para a análise dinâmica de problemas que envolvam a participação dos modos de vibração com frequências elevadas. / Abstract: The purpose of structural dynamic analysis is to evaluate the response of a structure when inertial effects caused by time variations are relevant. The Finite Element Method (FEM) is widely used for structural dynamic analysis, mainly because of its robustness and flexibility. Besides, structural dynamics is intimately related to the wave equation, thus increasing the interest in formulating efficient methods for the dynamic analysis of structures. The standard FEM uses polynomials to build approximate solutions for a given problem. However, the solution of problems involving oscillatory phenomena often contains trigonometric functions. In this context, trigonometric functions can be included in the approximations built by the FEM by using the Generalized Finite Element Method (GFEM). The GFEM is an extension of the standard FEM that allows non polynomial functions to be included in the analysis. These functions are able to represent some behavior of the phenomenon being studied. This work presents a GFEM approach for problems involving: bars subject to axial displacements, beams subject to transversal displacements, the two dimensional wave equation and the case of plane stress. Time response and modal analysis are performed. The results are compared to the ones obtained using the Hierarchical Finite Element Method (HFEM), an approach that allows the use of high order polynomial approximations. The examples studied indicate a strong potential of the GFEM for the analysis of problems involving the participation of the vibration modes associated to high vibration frequencies.