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[en] A NUMERICAL METHOD FOR SOLVING FLOWS USING COVARIANT COMPONENTS IN NON-ORTHOGONAL COORDINATES / [pt] UM MÉTODO NUMÉRICO PARA SOLUÇÃO DE ESCOAMENTOS UTILIZANDO COMPONENTES CONTRAVARIANTES EM COORDENADAS NÃO ORTOGONAISLUIS FERNANDO GONCALVES PIRES 03 November 2011 (has links)
[pt] O trabalho desenvolveu uma metodologia de solução numérica de escoamentos em
geometrias complexas, numa formulação incompressível e bi-dimensional. As equações
de conservação são discretizas com o emprego da técnica de volumes finitos em
coordenadas não ortogonais. Esta técnica mapeia o espaço real num espaço transformado,
no qual as fronteiras do domínio de cálculo coincidem com as fronteiras do domínio físico.
Os componentes contravariantes da velocidade foram empregados como variáveis
dependentes nas equações de conservação de quantidade de movimento. Estas equações foram
obtidas em coordenadas não ortogonais pela manipulação algébrica das equações
discretizadas para os componentes cartesianos. Este procedimento, que emprega um sistema
de coordenadas auxiliar fixo localmente, evita o surgimento dos diversos
termos oriundos da curvutura e da não ortogonalidade da malha, que seriam obtidos caso
fosse empregada a análise tensorial para a derivação destas equações.
O ocoplamento pressão-velocidade é feito utilizando SIMPLEC. O
conjunto de equações algébricas resultante é resolvido por um
esquema de solução segregado, no qual é empregado um esquema de solução
linha-a-a linha(TDMA), com um processo de correção por blocos para acelerar
a convergência.
A metodologia desenvolvida foi utilizada para solução de diversos
problemas visando analisar o seu desempenho. Foram estudados
os seguintes casos-escoamento laminar entre dois cilindros, convecção natural entre dois cilidros
excêntricos, escoamento induzido numa cavidade trapezoidal pelo
movimento de suas bases, escoamento laminar num canal, escoamento axi-simétrico
num duto com estrangulamento.Tendo em vista os bons resultados obtidos
para testes, pode-se concluir que as opções realizadas para a confeção do esquema
desenvolvido foram corretas, pois geraram um algoritimo efeciente
e versátil. / [en] A solution method for bi-dimensional incompressibible fluid flow
problems in complex geometrics is developed in this work. The method
solves the conservation equations in nonorthogonal coordinate system
using the finite volumes technique.
The contravariant velocities are kept as dependent variables in the
momentum equations. These equations are obtained by an algebric
manipulation of the discretization equations written in locally fixed
coordinate system. This producedure avoids the treatment of the extra terms
if the discretization equations for the curvilinear velocities are obtained
in the conventional manner. The coupling of pressure and velocities are performed
by the SIMPLEC algorithm. The set of algebric equations are solved
using an iterative method in conjunction with coefficient update
for linerization. In the computer implementation of the proposed scheme
a line-by-line algorithm (TDMA) has been employed with a block
corretion procedure to enhance the convergence.
The method is tested by solving a variety of problems. The problems
include-flow between two concentric rotating cylinders, natural convection
in an eccentric annuli, driven flow in a trapezoidal cavity
with moving lids, laminar flow in a channel, exismetric flow in
duct with reduced cross section and laminar and turbulent flow
through a tube with an axisimetric constriction. The objetive of these tests
is to establish the validity of the proposed scheme and demonstrate
its applicability to a wide variety of problems.
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[en] HEAT TRANSFER IN NON-NEWTONIAN FLUID FLOW THROUGH AN ABRUPT HIRING / [pt] TRANSFERENCIA DE CALOR NO ESCOAMENTO DE FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS ATRAVÉS DE UMA CONTRATAÇÃO ABRUPTAMARCIO DA SILVEIRA CARVALHO 27 January 2012 (has links)
[pt] O trabalho analisa a transferência de calor no escoamento de fluidos não-newtonianos através de uma contração abrupta circular de razão 4:1, com temperatura prescrita nas paredes sólidas. O escoamento de fluidos elásticos nesta geometria apresenta uma região de recirculação bem maior que no caso de fluidos Newtonianos. Esta alteração no padrão do escoamento altera significativamente o processo de transferência de calor. O escoamento representa uma boa modelagem do processo de extrusão de líquidos poliméricos.
Resolvem-se as equações de conservação de momentum e energia desacopladamente, já que foi adotadas a hipótese de não variação das propriedades do fluido com a temperatura.
A relação tensão – taxa de deformação foi feita através de dois modelos constitutivos, Newtoniano generalizado e Maxwell convectado. A hipótese de escoamento lento não foi adotada, como é usualmente feito na literatura da área. Deste modo, analisa-se separadamente a influencia dos efeitos elásticos e inerciais.
As equações diferenciais foram integradas numericamente pelo método dos volumes finitos e o aclopamento velocidade\ pressão foi feito através do algoritmo SIMPLE.
Pelos resultados obtidos, observa-se a importância da modelagem não newtoniana e da inclusão dos termos inerciais no estudo do escoamento e da transferência de calor no processo de extrusão de polímeros. / [en] It is well known that the flow of a non-Newtonian fluid through a sudden contraction exhibits a vortex in the corner region bigger than the one observed in the corresponding flow of a Newtonian Fluid. This change of pattern of the flow affects significantly the heat transfer at the wall. It was investigated the case og a a 4:1 circular contraction, with uniform temperature distrubuition at the solid walls. This problem represents a first approach for the analysis of the polymeric liquids extrusion process.
The flow and temperature field have been obtained from the numerical integration of the conservation equations. To account for the flow dependence of the stress tensor, a generalized Newtonian model and a convected Maxwell model have been employed. The creeping flow hypothesis has not been adopted, so it was possible to analyse the elastic effects and the inertial effects separately. The nuemerical solution have been obtained via a finite-volume method.
The results show the importance of the non-Newtonian modeling and of the inclusion of inertial terms in the study of the flow and beat transfer in the polymeric liquids extrusion process.
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[en] PERFORMANCE OF OFDM SYSTEMS OVER TIME-VARYING NON-LINEAR CHANNELS / [pt] DESEMPENHO DE SISTEMAS OFDM EM CANAIS NÃO-LINEARES VARIANTES NO TEMPOALEXANDER BEREMIZ HILARIO TACURI 19 June 2015 (has links)
[pt] O desempenho de sistemas de comunicações modernos que utilizam
técnicas de modulação multiportadora como, por exemplo, o OFDM (Orthogonal
frequency division multiplexing), é altamente sensível às distorções não lineares
geradas principalmente por amplificadores de alta potência (HPAs).
De modo a caracterizar completamente estas distorções, os efeitos de memória
destes dispositivos têm que ser considerados. Estes efeitos tornam-se mais importantes
à medida que a largura de banda do sinal aumenta. Por outro lado,
o aumento na duração do símbolo dos sistemas multiportadora torna-o mais
sensível às variações de tempo dos canais móveis. Em particular o efeito doppler
tende a prejudicar a ortogonalidade entre as sub-portadoras, gerando interferências entre sub-portadoras (Inter-Carrier Interference - ICI). Assim,
torna-se importante o estudo dos efeitos de não-linearidades e canais variantes
no tempo em sistemas OFDM, principalmente em sistemas de comunicações
móveis. Os trabalhos atualmente disponíveis na literatura se limitam a avaliar
os efeitos de não linearidades invariantes no tempo ou o efeito de canais lineares
variantes no tempo. Assim, no presente trabalho são desenvolvidas expressões
matemáticas que permitem avaliar o efeito conjunto de não-linearidades e canais
variantes no tempo sobre sinais OFDM. A investigação deste efeito é
realizada em dois níveis: efeito sobre o espectro do sinal OFDM e efeito sobre
o desempenho do sistema. As expressões analíticas obtidas para ambos os
níveis de investigação consideraram a modelagem do canal não-linear variante
no tempo por uma Série de Volterra. Resultados numéricos que avaliam o espalhamento
espectral e o impacto sobre a taxa de erro de bits em situações específicas são apresentados. / [en] The performance of modern communications systems that use multicarrier
modulation techniques such as, for example, OFDM(Orthogonal frequency
division multiplexing), is highly sensitive to nonlinear distortions generated
mainly by high power amplifiers (HPAs). In order to fully characterize these
distortions, the memory effects of these devices must be considered. These effects
become more important as the signal bandwidth increases. On the other
hand, the increase in symbol duration makes multicarriers systems more sensitive
to time variations as those in mobile channels. In particular, the Doppler
effect tends to impair the orthogonality between sub-carriers, resulting
in inter-carrier interference (ICI). Therefore, the study of the effects of nonlinearities
and time-varying channels on OFDM systems performance becomes
important, mainly in mobile communications systems. The studies currently
available in the literature are limited to evaluating the effects of time invariant
non-linearities or the effects of linear time varying channels. In this work,
mathematical expressions are developed to evaluate the joint effect of nonlinearities
and time-varying channels on OFDM systems. The investigation of
these effects is performed at two levels: the effect on the spectrum of OFDM
signal and effect on the system s performance. In deriving the analytical expressions
related to both levels of investigation the time-varying non-linear channel
was modeled by a Volterra Series. Numerical results, obtained for specific situations,
illustrate the resulting impact on the OFDM spectrum (spreading)
and on the system s bit error rate performance.
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[en] NON-INTRUSIVE COMMUNICATION INSPECTION IN RPC-BASED APPLICATIONS / [pt] INSPEÇÃO NÃO-INTRUSIVA DA COMUNICAÇÃO EM APLICAÇÕES BASEADAS EM RPCLUIZ FELIPE DE SOUZA E SILVA 16 January 2017 (has links)
[pt] A depuração de software é uma atividade que tipicamente demanda um grande esforço, fundamentalmente devido à necessidade de analisar múltiplas condições que determinam o contexto de execução do software e de criar suposições que expliquem o motivo do defeito, para, só assim, sermos capazes de corrigi-lo. No caso de sistemas distribuídos, o paralelismo, a ordem de escalonamento, os atrasos na comunicação e falhas nos equipamentos são exemplos de fatores que aumentam ainda mais a complexidade da atividade de depuração. Portanto, a busca por ferramentas que auxiliem neste processo é contínua. Neste trabalho, propomos uma ferramenta de monitoração e visualização, não intrusiva, da comunicação entre componentes de sistemas distribuídos, através do uso de analisadores de protocolo de comunicação e da monitoração das chamadas de sistema de leitura e gravação. / [en] Software debugging is an activity that typically requires an huge effort, primarily due to the need to analyze multiple conditions that determine the execution context of the software and to create assumptions that explain the problem, for only thus being able to fix it. In the case of distributed systems, parallelism, order scheduling, delays in communication and equipment failures are examples of factors that further increase the complexity of the debugging activity. Therefore, the search for tools that assist in this process is continuous. In this dissertation, we propose a tool for non-intrusive monitoring and visualization of communications between components of distributed systems, based on communication protocol analyzers and monitoring of read and write system calls.
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[en] NON-NEWTONIAN FLUID DISPLACEMENT IN ANNULI / [pt] DESLOCAMENTO DE FLUIDOS NÃO NEWTONIANOS EM ANULARESALINE AMARAL QUINTELLA ABDU 07 March 2017 (has links)
[pt] Na indústria do petróleo são comuns processos envolvendo deslocamentos de um fluido pelo outro, como nos processos de completação e cimentação de poços. A eficiência desses deslocamentos é de suma importância,
garantindo a vida útil do poço. A operação é considerada adequada quando ocorre uma distribuição homogênea da pasta de cimento na parede do poço. No presente trabalho um estudo experimental e numérico do deslocamento de fluidos em espaço anular foi realizada. Para os testes experimentais um
simulador físico de um poço em escala foi construído. As equações de conservação de massa e momento foram resolvidas através do método de volumes finitos, utilizando os programas Fluent e OpenFOAM. Para a modelagem multifásica foi utilizado o método volume-of-fluid (VOF). No estudo, a avaliação da influência de parâmetros reológicos, razões de densidade e viscosidade, geometria do poço e vazão de bombeio foi realizada com o objetivo de otimizar o processo de cimentação. Os fluidos utilizados foram fluidos modelos e reais, newtonianos e não newtonianos. A eficiência de deslocamento foi avaliada através da configuração da interface entre os fluidos e através da determinação do da densidade da mistura na saída do anular ao longo
do tempo. / [en] Displacement of one fluid by another is a common process at petroleum industry, as completion and cementing operations of oil wells. The success of these fluids displacement guarantee the lifetime of the wells. The adequate operation occurs when the cement slurry distribution at the wall is homogeneous. In this work, experimental and numerical studies of Newtonian and non-Newtonian fluid displacement through annuli are performed. The experiments are performed using a scaled oil well model. The numerical solution of the governing conservation equations of mass and momentum is obtained using the finite volume technique and Fluent and OpenFOAM softwares. The multiphase modeling is performed using the volume of fluid (VOF) method. The effect of rheological parameters, density and viscosity ratios, geometry configuration, and flow rate on displacement efficiency was evaluated to optimize cementing operation. Tests were performed using model and real fluids, Newtonian and non-Newtonian. The displacement efficiency was evaluated analyzing the interface between fluids and measuring the density of the mixture at the annuli outlet through time.
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[en] ILLUSTRATIVE VOLUME VISUALIZATION FOR UNSTRUCTURED MESHES / [pt] VISUALIZACÃO VOLUMÉTRICA ILUSTRATIVA DE MALHAS NÃO ESTRUTURADAS29 November 2011 (has links)
[pt] Técnicas de visualização científica criam imagens na tentativa de revelar estruturas e fenômenos complexos. Técnicas ilustrativas têm sido incorporadas aos sistemas de visualizacão científica para melhorar a expressividade de tais imagens. A visualização de linhas caracteríticas é uma técnica
importante para transmitir uma melhor informacão sobre a forma das superfícies. Neste trabalho, propomos combinar visualização volumétrica de malhas não estruturadas com isosuperfícies ilustradas. Isto é feito estendendo um algoritmo de traçado de raio em GPU para incorporar ilustração
com linhas de variação extrema da iluminação(photic extremum lines), um tipo de linha característica que captura mudanças bruscas de luminância, revelando formas de um jeito perceptualmente correto. / [en] Scientic visualization techniques create images attempting to reveal complex
structures and phenomena. Illustrative techniques have been incorporated
to scientic visualization systems in order to improve the expressiveness
of such images. The rendering of feature lines is an important technique
for better depicting surface shapes and features. In this thesis, we propose
to combine volume visualization of unstructured meshes with illustrative
isosurfaces. This is accomplished by extending a GPU-based ray-casting algorithm
to incorporate illustration with photic extremum lines, a type of
feature lines able to capture sudden changes of luminance, conveying shapes
in a perceptually correct way.
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Investigating the Social Influence of Different Humanoid RobotsThunberg, Sofia January 2017 (has links)
The aim with this thesis were to investigate social influence of the two humanoid robots, NAO and Pepper. The research questions were if there were a difference in human social acceptance, in social influence and in influence on human decision making between NAO and Pepper. To answer these questions, an experiment using the Wizard of Oz-method were used with 36 participant, 18 in each group, interacted with NAO or Pepper. Afterwards two questionnaires, NARS and GODSPEED, were answered and an additional interview were held with the participants. The result showed a significant difference on GODSPEED, where NAO indicates to have a higher amount of social influence on the participants then Pepper. The result for NARS were not significant. The result from the decisions made during the experiment indicated that humans follow NAO more than Pepper, a result that got more explained and understandable during the interviews. For future studies there would be interesting to test the scenario with a larger selection and also with a more natural Wizard of Oz-design.
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[es] OPTIMIZACIÓN DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONALES DE ELEMENTOS FINITOS CON COMPORTAMIENTO ELÁSTICO-PLÁSTICO / [pt] OTIMIZAÇÃO DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONAIS DE ELEMENTOS FINITOS COM COMPORTAMENTO ELASTO-PLÁSTICO / [en] SHAPE OPTIMIZATION OF 2D FINITE ELEMENT MODELS CONSIDERING ELASTO-PLASTIC BEHAVIOURCARLOS EDUARDO KUBRUSLY DA SILVA 04 October 2001 (has links)
[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema
integrado para otimização de forma de estruturas planas que
tenham comportamento elasto-plástico. A metodologia
implementada propõe uma alternativa à forma conservadora
com que tradicionalmente as estruturas têm sido otimizadas,
ou seja, admitindo-se que as mesmas possuam comportamento
linear elástico.
O sistema computacional é denominado integrado pois reúne
diversos módulos distintos para o tratamento do problema,
como modelagem geométrica, geração de malhas de elementos
finitos, análise não-linear da resposta da estrutura,
análise de sensibilidade,programação matemática e
otimização de estruturas.
A geometria do contorno da estrutura plana é definida por
meio de curvas (paramétricas)B-splines cúbicas. Estas, por
sua vez, são determinadas em função de um conjunto de
pontos de interpolação (pontos-chave) e condições de
contorno em seus vértices extremos.
A correta definição da geometria da estrutura é responsável
pelo sucesso do processo de otimização.
A resposta da estrutura às solicitações do carregamento
externo é avaliada pelo método dos elementos finitos. Para
isso, é necessário que o domínio da estrutura seja
discretizado. No presente trabalho foi empregado um gerador
automático de malhas não estruturadas de elementos finitos
isoparamétricos. A configuração de equilíbrio da estrutura
é obtida através de um procedimento iterativo/incremental
envolvendo o método de Newton-Raphson. Localmente, o
equilíbrio é satisfeito pela aplicação de um algoritmo
implícito de integração de tensões nos pontos que violarem
o critério de plastificação do material. A matriz tangente
de rigidez é atualizada a cada iteração da análise e é
obtida de forma consistente com o algoritmo de integração
das tensões, preservando as características de convergência
quadrática assintótica inerentes ao método de Newton-
Raphson.
No procedimento iterativo de otimização é empregado um
algoritmo de programac¸ ão quadrática recursiva que requer
a avaliação dos gradientes da função-objetivo e restrições.
Para tal, foi implementado um método semi-analítico para a
determinação das sensibilidades da resposta estrutural
envolvidas nas expressôes dos gradientes citados. O método
leva em consideração os efeitos da plastificação ocorrida
durante o carregamento da estrutura e é dito -exato- por
apresentar imprecisões apenas nos casos em que a magnitude
da perturbação da variável é muito pequena, não podendo ser
representada corretamente pelo hardware.
Os exemplos analisados mostram que a consideração do
comportamento elastoplástico da estrutura na otimização de
sua forma leva a configurações mais eficientes do que
aquelas obtidas admitindo-se a relação linear elástica
entre deformações e tensões. / [en] The main goal of this work is to present an integrated
system for the optimization of plane structures with
elastoplastic behavior. The methodology proposes an
alternative for the conservative way in which structures
traditionally have been optimized, i.e., that they
present linear elastic behavior. The computational system
is said to be integrated because it congregates distinct
modules for the solution of the problem, such as geometric
modelling, finite element mesh generation, non-linear
structural response analysis, sensitivity analysis,
mathematical programming and optimization of structures.
The geometry of the plane structure`s boundary is defined
by cubic (parametric) B-splines curves. Those, in turn, are
determined by a set of interpolation points (key points)
and boundary constraints at their ends. The correct
definition of the structure`s geometry is responsible for
the success of the optimization process.The structural
response to the applied loading is evaluated by the finite
element method. For that, the domain of the structure must
be discretized. In the present work, an automatic
unstructured mesh generator of isoparametric finite
elements has been used. The equilibrium layout of the
structure is obtained by an iterative/incremental procedure
using the standard Newton-Raphson method. Locally, the
equilibrium is satisfied by applying an implicit stress
return mapping algorithm at points which violate the yield
criterion of the material. The tangent stiffness matrix is
updated at each analysis iteration and it is obtained in
a way which is consistent with the return mapping
algorithm, so that the asymptotic quadratic rate of
convergence of the Newton-Raphson method is preserved.
The use of a quadratic recursive programming algorithm in
the optimization procedure involves the gradient evaluation
of the objective function and constraints. For that, a
semi-analytical method for the calculation of the response
sensitivities, which appear in the gradient expressions,
has been implemented. The technique takes into account the
plastic effects which take place during the loading of the
structure and is considered - exact- up to round-off
errors, which occurs when the magnitude of the perturbation
is so small that the hardware cannot accurately represent
it.The examples presented demonstrate that the
consideration of the elastoplastic behavior of the material
during the optimization process leads to structural layouts
which are more efficient than of those obtained under the
assumption of linear elastic relationship between
strains and stresses. / [es] Este trabajo tiene por objetivo presentar un sistema
integrado para otimización de forma de extructuras planas
que tengan comportamiento elástico-plástico. LA metodología
implementada propone una alternativa a la forma
conservadora con que tradicionalmente las extructuras han
sido optimizadas, o sea, admitiendo que las poseen um
comportamiento lineal-elástico. EL sistema computacional se
denomina integrado pues reúne diversos módulos para el
tratamiento del problema, como modelage geométrica,
generación de mallas de elementos finitos, análisis no
lineal de la respuesta de la extructura, análisis de
sensibilidad,programación matemática y otimización de
extructuras. LA geometría del contorno de la extructura
plana es definida por medio de curvas (paramétricas)B
splines cúbicas. Estas, por su vez, son determinadas en
función de un conjunto de puntos de interpolación (puntos
claves) y condiciones de contorno en sus vértices extremos.
La definición correta de la geometría de la extructura es
responsable por el éxito del proceso de otimización. La
respuesta de la extructura a las solicitudes de carga
externa se evalúa por el método de los elementos finitos.
Para esto, es necesario que el dominio de la extructura sea
discretizado. En este trabajo se utiliza un generador
automático de mallas no extructuradas de elementos finitos
isoparamétricos. La configuración de equilíbrio de la
extructura se obtiene a través de un procedimiento
iterativo/incremental que envuelve el método de Newton
Raphson. Localmente, el equilíbrio es satisfecho por la
aplicación de un algoritmo implícito de integración de
tensiones en los puntos que violen el critério de
plastificación del material. La matriz tangente de rigidez
se actualiza a cada iteración del análisis y se obtiene de
forma consistente con el algoritmo de integración de las
tensiones, preservando las características de convergencia
cuadrática asintótica inherentes al método de Newton
Raphson. En el procedimiento iterativo de otimización se
utiliza un algoritmo de programación cuadrática recursiva
que requiere la evaluación de los gradientes de la función
objetivo y restricciones. Para tal, se implementó un método
semi analítico para la determinación de las sensibilidades
de la respuesta extructural envolvidas en las expresóes de
los gradientes citados. EL método lleva en consideración el
hecho de que la plastificación que ocurre durante la carga
de la extructura y se dice exacta por presentar
imprecisiones apenas en los casos en que la magnitud de la
perturbación de la variable es muy pequeña, no puede ser
representada correctamente por el hardware. Los ejemplos
analizados muestran que la consideración del comportamiento
elástico-plástico de la extructura en la otimización de su
forma lleva la configuraciones más eficientes de que
aquellas obtenidas admitiendo la relación lineal elástica
entre deformaciones y tensiones.
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[en] ANALYSIS OF THE EQUILIBRIUM AND STABILITY OF PLATES WITH CONTACT CONSTRAINTS / [pt] ANÁLISE DO EQUILÍBRIO E ESTABILIDADE DE PLACAS COM RESTRIÇÕES DE CONTATO / [es] ANÁLISIS DE EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD DE PLACAS CON RESTRICCIONES DE CONTACTOAUREA SILVA DE HOLANDA 08 October 2001 (has links)
[pt] Neste trabalho é desenvolvida uma metodologia baseada no
Método dos Elementos Finitos para estudar o equilíbrio e a
estabilidade de placas apoiadas em fundações elásticas.
A formulação utilizada para a análise de placas é válida
para a análise linear e não-linear de placas isotrópicas ou
ortotrópicas, perfeitas ou inicialmente imperfeitas. Esta
formulação é baseada nas teorias de placas de Mindlin e von
Kármán e na teoria de cascas abatidas proposta por
Marguerre. As placas podem estar apoiadas em fundações
lineares ou não-lineares, que são modeladas utilizando
elementos finitos isoparamétricos. A fundação não-linear
contém termos cúbicos e quadráticos, de modo a permitir uma
representação mais realista do seu comportamento. Na
obtenção dos caminhos não-lineares de equilíbrio das
estruturas, diferentes métodos incrementais-iterativos são
utilizados. Com o objetivo de considerar o problema de
contato unilateral, duas formulações que utilizam técnicas
de Programação Matemática são implementadas, sendo uma para
a análise linear e outra para a análise não-linear. Além
dessas formulações, o problema de contato unilateral pode
ser tratado através do uso de um modelo constitutivo de
fundação não resistente à tração também implementado neste
trabalho. Exemplos de equilíbrio e de estabilidade são
apresentados e, quando possível, os resultados são
comparados com os existentes na literatura. Através destes
exemplos, estuda-se a influência da não-linearidade da
placa e da fundação, das imperfeições geométricas iniciais
e do tipo de contato (unilateral ou bilateral) na
capacidade de carga e estabilidade da placa. Também é
discutida a influência do uso de diferentes malhas de
elementos finitos nestes resultados, bem como a eficiência
computacional das metodologias utilizadas para lidar com o
contato unilateral. / [en] In this work, a finite element formulation to study the
equilibrium and the stability of plates on elastic
foundations is developed. This formulation can be used for
linear and nonlinear analyses of isotropic or orthotropic,
perfect or initially imperfect plates. It is based on
Mindlin`s and von Kármán`s plate theories and on the
shallow shell theory proposed by Marguerre.The plates can
be on linear or non-linear foundations modeled using
isoparametric finite elements. The non-linear foundation
contains cubic and quadratic terms to allow a more
realistic representation of its behavior. In order to
obtain the equilibrium path of the structure, different
incremental-iterative methods are employed.Two different
strategies are implemented to solve the unilateral contact
problem. In the first one, two formulations that use
optimization techniques are developed, one for the
linear analysis and the other one for non-linear analysis.
The second strategy modifies the constitutive relation of
the foundation in order to simulate its tensionless
behavior.Equilibrium and stability examples are presented
and, whenever possible, the results are compared with the
ones found in the literature. In these examples, the
influence of the non-linearities of the plate and the
foundation, of initial geometric imperfections, and of the
type of contact (unilateral or bilateral) on the load
capacity and stability of the plate is studied. The
influence of different finite element meshes on the results
and the computational efficiency of the methodologies used
to solve the unilateral contact problem are also discussed. / [es] En este trabajo se desarrolla una metodología basada en el
Método de los Elementos Finitos para estudiar el equilibrio
y la estabilidad de placas apoyadas en fundaciones
elásticas. La formulación utilizada para el análisis de
placas es válida para el análisis lineal y no lineal de
placas isotrópicas o ortotrópicas, perhechas o inicialmente
imperhechas. Esta formulación tiene como base las teorías
de placas de Mindlin y von Kármán y en la teoría propuesta
por Marguerre. Las placas pueden estar apoyadas en
fundaciones lineales o no lineales, que son modeladas
utilizando elementos finitos isoparamétricos. La fundación
no lineal contiene términos cúbicos y cuadráticos, de modo
que permita una representación más realista del su
comportamiento. En la obtención de los caminos no lineales
de equilibrio de las extructuras, se utilizaron diferentes
métodos incrementales iterativos. Con el objetivo de
considerar el problema de contacto unilateral, se
implementan dos formulaciones que utilizan técnicas de
Programación Matemática, una para el análisis lineal y otra
para el análisis no lineal. Además de esas formulaciones,
el problema de contacto unilateral puede ser tratado a
través del uso de un modelo constitutivo de fundación no
resistente a la tracción, que también es implementado en
este trabajo. Se presentan ejemplos de equilíbrio y de
estabilidad y, cuando posible, se comparan los resultados
con los existentes en la literatura. A través de estos
ejemplos, se estudia la influencia de la no linealidad de
la placa y de la fundación, de las imperfecciones
geométricas iniciales y del tipo de contacto (unilateral o
bilateral) en la capacidad de carga y la estabilidad de la
placa. También se discute la influencia del uso de
diferentes mallas de elementos finitos em estos resultados,
así como la eficiencia computacional de las metodologías
utilizadas para tratar el contacto unilateral.
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[pt] MODELAGEM E AVALIAÇÃO DE CONTROLADORES NÃO-LINEARES PARA PERFURAÇÃO DE POÇOS COM GERENCIAMENTO DE PRESSÃO / [en] MODELING AND NONLINEAR CONTROL EVALUATION FOR MANAGED PRESSURE DRILLING OF OIL WELLSANDRE ALONSO FERNANDES 01 February 2016 (has links)
[pt] Para acesso aos reservatórios portadores de hidrocarbonetos é necessária a
perfuração de poços de petróleo. Entre as várias funções do fluido de perfuração
podem se destacar o transporte do cascalho gerado pela broca, a função de
primeira barreira para inibição de influxo das formações expostas no poço e a
manutenção da pressão do poço dentre os limites de resistência das formações
atravessadas (janela operacional). Alguns novos campos petrolíferos, bem como
campos depletados sofrem restrições operacionais devido a pequenas janelas
operacionais. A variação da pressão no poço aberto devido a perdas por atrito no
anular, em alguns casos é maior do que a janela operacional, impedindo a
perfuração do poço. Managed Pressure Drilling (MPD) é uma tecnologia
alternativa à perfuração convencional. O anular do poço é vedado, possibilitando a
retenção de pressão no anular. O ajuste da pressão no anular do poço possibilita
compensar a variação da perda de atrito e perfurar poços com janelas operacionais
estreitas. Para manutenção da pressão da zona objetivo dentro da janela
operacional é necessário o controle adequado da pressão na superfície. A
definição do valor de pressão necessário é obtida através do conhecimento do
comportamento da dinâmica do fluido de perfuração no poço. Este trabalho
desenvolveu um modelo de um sistema de poço de petróleo com MPD, levando
em conta os efeitos estáticos e dinâmicos envolvidos na perfuração MPD. Sobre o
modelo desenvolvido foram propostas e aplicadas diferentes técnicas de controle
linear e não-linear para avaliação do desempenho dos controladores e
identificação de pontos-chave na aplicação da técnica MPD. Os controles nãolineares
propostos foram bem sucedidos em compensar os efeitos altamente nãolineares
do sistema, melhorando sua resposta em tarefas típicas. / [en] For access of hydrocarbon reservoirs, drilling oil wells is required.. Among
the various functions the drilling fluid may provide are cutting transportation
generated by the bit, a barrier function for inhibiting influx of exposed formations
in the well and maintaining well pressure within the resistance limits of the
formations exposed (operational window). Some new oil fields as well as some
depleted fields are experiencing severe operational restrictions due to small
operational windows. The open hole pressure variation due to friction losses on
the annular in some cases is greater than the operational window, inhibiting the
perforation of the well. Managed Pressure Drilling (MPD) is an alternative
technology to conventional drilling. The annular of the well is sealed while
pressure is contained within it. By adjusting annular pressure it is possible to
compensate for friction loss variation on the annular and drill well sections with
close operational windows. For the proper pressure maintenance on the target
zone within the operating window, it is required adequate pressure control on the
surface. The definition of the necessary pressure value is obtained through
knowledge of the dynamic behavior of the drilling fluid in the well. This work has
developed a model of an oil well system with MPD, taking into account the static
and dynamic effects involved in MPD. To the developed model different linear
and non-linear control techniques were proposed and applied for evaluating the
performance of controllers and identifying key points in implementing the MPD
technique. The proposed non-linear control techniques were able to compensate
for the highly non-linear nature of the system, improving its response during
typical tasks.
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