The current trend in the wind power industry is to develop wind turbines of constantly increasing size and rated power, as well as wind farms of growing size and installed wind power. A careful study of the behaviour of the wind turbines during their operation is of crucial importance in the planning phase and in the design stage of a wind farm, in order to minimize the risks deriving from a non accurate prediction of their impact in the electric grid causing sensible faults of the system. To analyze the impact of the wind turbines in the system, motivates the development of accurate yet simple models. To be able to practically deal with this topics, a simple model of a wind turbine system is investigated and developed; it has the aim to describe the behaviour of a wind turbine in operation on a mechanical standpoint. The same reduced order simple model can also be employed for control system studies; the control system model that can’t be used in generation, can use the reduced model. Together with the analytical description of such model, is realized a MatLab code to numerically analyse the response of the system, and the results of the simulation through such code are presented. The objective of this thesis has been to provide a simple benchmark tool in MatLab for grid integration and control studies for interested researchers.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-04-11Bitstream added on 2014-06-13T18:53:17Z : No. of bitstreams: 1 moraes_vm_me_ilha_prot.pdf: 4456756 bytes, checksum: 70a028ea28db2cfaed1abecec234c525 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / As pontes mistas com vigas de madeira e tabuleiro de concreto, que constituem uma técnica já bastante estudada pelo meio acadêmico brasileiro, vêm ganhando cada vez mais espaço entre os projetistas e construtores de pontes em estradas vicinais do interior do Brasil. Entretanto, o vão dessas pontes é limitado pelo comprimento das peças de madeira, cujos valores máximos, em geral, ficam em torno de 6 metros para vigas serradas e 12 metros para vigas roliças. Neste contexto, a presente pesquisa propõe um novo sistema estrutural de pontes mistas para vencer vãos da ordem de 15 a 20 metros, constituído por vigas treliçadas de madeira que suportam a laje de concreto armado. O tabuleiro do sistema proposto pode ser executado utilizando, como pré-laje, painéis treliçados pré-moldados auto-portantes, evitando-se escoramentos e, conseqüentemente, reduzindo o tempo e os custos de construção. A laje final é solidarizada às treliças de madeira por intermédio de pinos metálicos de cisalhamento, que fazem com que ambos os materiais trabalhem solidariamente na resistência aos esforços solicitantes, buscando, portanto, a otimização do uso estrutural desses materiais. A principal abordagem desta pesquisa é experimental, com a construção e análise de um modelo físico reduzido na escala 1:4... / Timber-concrete composite structures - TCCS - constitute a technique well studied by the Brazilian academy and have been each time more present among the designers and constructors of bridges in secondary roads in the interior of Brazil. However, the span of these bridges is limited by the length of the timber beams, whose maximum values, in general, are around 6 meters for sawed beams and 12 meters for round beams. In this context, the present research suggests a new structural system of composite bridges, to overcome spans from 15 to 20 meters, built by trussed timber beams that support a reinforced concrete deck. The deck of the system can be executed using precast self-supported trussed panels, preventing props and, consequently, reducing time and costs of construction. The final slab is connected to the trussed beams by metallic shear bolts, which make that both the materials (timber and concrete) work together in the resistance to the requesting efforts, aiming the optimization of the structural use of these materials. This research was based on an experimental approach, with the construction and analysis of a reduced physical model in the scale 1:4, based on a bridge design classified as 30t with a free span of 16 meters. The model was instrumented with strain gauges and... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: José Antônio Matthiesen / Banca: José Luiz Pinheiro Melges / Banca: Antonio Alves Dias / Resumo: As pontes mistas com vigas de madeira e tabuleiro de concreto, que constituem uma técnica já bastante estudada pelo meio acadêmico brasileiro, vêm ganhando cada vez mais espaço entre os projetistas e construtores de pontes em estradas vicinais do interior do Brasil. Entretanto, o vão dessas pontes é limitado pelo comprimento das peças de madeira, cujos valores máximos, em geral, ficam em torno de 6 metros para vigas serradas e 12 metros para vigas roliças. Neste contexto, a presente pesquisa propõe um novo sistema estrutural de pontes mistas para vencer vãos da ordem de 15 a 20 metros, constituído por vigas treliçadas de madeira que suportam a laje de concreto armado. O tabuleiro do sistema proposto pode ser executado utilizando, como pré-laje, painéis treliçados pré-moldados auto-portantes, evitando-se escoramentos e, conseqüentemente, reduzindo o tempo e os custos de construção. A laje final é solidarizada às treliças de madeira por intermédio de pinos metálicos de cisalhamento, que fazem com que ambos os materiais trabalhem solidariamente na resistência aos esforços solicitantes, buscando, portanto, a otimização do uso estrutural desses materiais. A principal abordagem desta pesquisa é experimental, com a construção e análise de um modelo físico reduzido na escala 1:4... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Timber-concrete composite structures - TCCS - constitute a technique well studied by the Brazilian academy and have been each time more present among the designers and constructors of bridges in secondary roads in the interior of Brazil. However, the span of these bridges is limited by the length of the timber beams, whose maximum values, in general, are around 6 meters for sawed beams and 12 meters for round beams. In this context, the present research suggests a new structural system of composite bridges, to overcome spans from 15 to 20 meters, built by trussed timber beams that support a reinforced concrete deck. The deck of the system can be executed using precast self-supported trussed panels, preventing props and, consequently, reducing time and costs of construction. The final slab is connected to the trussed beams by metallic shear bolts, which make that both the materials (timber and concrete) work together in the resistance to the requesting efforts, aiming the optimization of the structural use of these materials. This research was based on an experimental approach, with the construction and analysis of a reduced physical model in the scale 1:4, based on a bridge design classified as 30t with a free span of 16 meters. The model was instrumented with strain gauges and... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Ce manuscrit décrit la modélisation et la régulation de la température au sein d’un dispositif expérimental développé initialement pour valider les principes de conception adoptés pour une nouvelle machine de mesure de cylindricité au Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers.L’appareil a été équipé de 19 sondes à résistance de platine raccordées à une référence nationale afin d’étudier l’influence sur son comportement des perturbations thermiques générées par des sources de chaleur internes et externes. L’investigation de l’influence de ces perturbations sur les mesures réalisées avec des capteurs de déplacement capacitifs a également été menée. Les perturbations thermiques internes simulant les puissances dissipées par les éléments de guidage mécaniques ont été générées par l’intermédiaire de trois films chauffants. Une modélisation par éléments finis du dispositif expérimental a été réalisée et les résultats numériques comparés à des résultats expérimentaux réalisés dans les mêmes conditions. Les écarts obtenus, de l’ordre de 0,1 °C, sont trop élevés pour que ce modèle soit adopté pour l’élaboration d’une régulation thermique en temps réel. Dans la suite, un modèle réduit a été développé à partir des données expérimentales à l’aide de la méthode d’identification modale (MIM). Le résidu obtenu lors de la comparaison des résultats issus de ce modèle et expérimentalement est inférieur à 0,003 °C. Finalement, une régulation thermique à mieux que le centième de degré a été mise en oeuvre en utilisant une commande prédictive associée à un filtre de Kalman. / This thesis describes the modelling and real-time regulation of the temperature inside an apparatus developed to validate the design principles of a cylindricity measurement machine at the Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers. To study the effect of internal and external perturbations on the behaviour of the system, the apparatus is equipped with 19 platinum resistance thermometers calibrated with respect to the national standard. The effect of perturbations on the behaviour of capacitive displacement sensors has also been studied. The effect of internal perturbations generated by the mechanical guide rails was simulated using three film resistive heaters. Finite element modeling of the system temperature was carried out and the numerical results compared with experiment. The offsets about 0.1°C are too large for the model to be used for real-time temperature control. Subsequently, a reduced model wasdeveloped based on experimental data using the modal identification method (MIM). The residual obtained when its results are compared with experiment is 0.003°C. Finally, a temperature servo implemented using predictive control combined with a Kalman filter.

In a variance component model,(Formula presented.), Pukelsheim (1981) proved that the non-negative and unbiased estimation of the variance components σ(Formula presented.), j=1, …, c, entails a transformation of the original model to Q(Formula presented.) (called Q-reduced model). The maximum likelihood (ML) approach based on the likelihood of Q(Formula presented.) (denoted Q-ML) is considered and applied to an incomplete block design (IBD) model. The Q-ML estimators of variance components and are shown to be more efficient in the mean squared error sense than the non-negative MINQUE’s (minimum norm quadratic unbiased estimators) in the IBD. The effect of using Q-ML estimators of the variance components to estimate the variance ratio in the combined estimator of the treatment contrast is also considered.

[pt] Um dos resultados fundamentais na mecânica clássica é que, para sistemas lineares com n graus de liberdade, existem n modos de vibração ortogonais e que as freqüências naturais são independentes da amplitude de vibração. Além disso, qualquer movimento da estrutura pode ser obtido como uma combinação linear desses modos. No caso de sistemas não-lineares, isto não mais se verifica e a relação entre freqüência, amplitude e os modos de vibração precisa ser determinada. A obtenção dessas informações para estruturas se dá em geral pelo uso de programas de análise não-linear baseados em uma formulação em elementos finitos. Contudo, isto é um procedimento custoso computacionalmente. Uma abordagem mais viável é o uso de modelos discretos compatíveis de baixa dimensão, por meio dos quais as freqüências e os modos não- lineares são obtidos. Neste trabalho é proposto um procedimento para a derivação de modelos de redução de dimensão para vigas e pórticos planos esbeltos. As equações diferenciais de movimento são obtidas a partir da aplicação das técnicas variacionais a um funcional não-linear de energia. A obtenção do modelo se dá através do emprego dos métodos de Ritz ou Galerkin para a redução espacial e do balanço harmônico para redução no tempo. Os modos lineares são utilizados como uma primeira aproximação para os modos não-lineares. As relações freqüência-amplitude são satisfatoriamente obtidas para vibrações livre e forçada (não-amortecida e amortecida). Entretanto, essas curvas apresentam, em geral, no regime não-linear, pontos limites, sendo obtidas, portanto, com uso do método do controle de comprimento de arco. Uma correção para o modo- linear é obtida com uso dos métodos dos elementos finitos e da perturbação. Um estudo paramétrico e das condições de contorno é apresentado para vigas. O comportamento não-linear de pórticos em L é também analisado. Para esses pórticos é estudada a influência de cargas axiais e da geometria. Os resultados são comparados com soluções analíticas encontradas na literatura. / [en] One of the fundamental results in classical mechanics is that linear systems with n degrees of freedom have n orthogonal vibration modes and n natural frequencies which are independent of the vibration amplitude. Any motion of the system can be obtained as a linear combination of these modes. This does not hold for nonlinear systems in which case amplitude dependent vibrations modes and frequencies must be obtained. One way of obtaining these informations for arbitrary structures is to use a nonlinear finite element software. However, this is a cumbersome and time consuming procedure. A better approach is to derive a consistent low dimensional model from which the nonlinear frequencies and mode shapes can be derived. In this work a procedure for the derivation of low dimensional models for slender beams and portal frames is proposed. The differential equations of motion are derived from the application of variational techniques to a nonlinear energy functional. The linear vibration modes are used as a first approximation for the nonlinear modes. The Galerkin and Ritz methods are used in the model for the spatial reduction and the harmonic balance method for the reduction in time domain. This allows the analysis of the free and forced (damped or undamped) vibrations of the structure in non- linear regime. However nonlinear resonance curves usually presents limit points. To obtain these curves, a methodology for the solution of non-linear equations based on an arc-length procedure is derived. Based on the finite element methods and using the basic ideas of the perturbation theory, a correction for the nonlinear vibration modes is derived. The influence of boundary conditions, geometric, and force parameters on the beam response is analyzed. The behavior of L frames is studied. For this kind of frame, the influence of axial loading and geometric parameters on the response is studied. The results are compared with analytical solutions found in the literature.

[pt] Um estudo experimental em modelos reduzidos do duto PE-3, construído na Baía de Guanabara em 2003, é descrito neste trabalho. O duto PE-3 tem diâmetro externo de 457,2 mm e a sua principal característica é a sua geometria em ziguezague. Este duto transporta óleo combustível à temperatura de 80ºC da Refinaria de Duque de Caxias aos terminais de navios na Ilha D´Água. O presente estudo foi realizado em modelos reduzidos com semelhança física, e teve como objetivo avaliar experimentalmente o comportamento do modelo variando-se o ângulo de ziguezague e o comprimento do duto. Os modelos foram submetidos à variação de temperatura, pressão interna e condições de apoio lateral e longitudinal, simulando as condições reais de trabalho do protótipo. Para cada comprimento (12, 16 e 18 metros) e ângulo de ziguezague (5º, 10º e 15º) foram realizados ensaios com o modelo sem reação lateral do solo, com reação lateral simulando 1 metro de enterramento no protótipo, com reação lateral simulando 1 metro de enterramento e vão central livre, e com imperfeição horizontal. Foram realizados ainda 2 ensaios com um duto reto para efeito de comparação com o modelo zig-zag. Os resultados mostraram que a geometria em ziguezague minimiza os esforços gerados pela expansão térmica do duto. / [en] An experimental study on reduced scale models of the PE-3 pipeline, built in Guanabara Bay in 2003, is described in this work. The main characteristic of the PE-3 pipeline is the zig-zag geometry. This pipeline has an external diameter of 18 and is used to transport heavy heated oil from the Duque de Caxias refinary to a shipping terminal. The present study was carried out in reduced models with physic similitude, and the objective is to evaluate experimentally the behavior of the model, varying the zig-zag angle and the length of the pipeline. The models were submitted to temperature variation, internal pressure and different conditions of lateral and longitudinal support, simulating the real working conditions of the prototype. For each length (12m, 16m and 18m) and zig-zag angle (5°, 10° and 15°) tests were carried out with the model without lateral reaction of the soil, with lateral reaction simulating 1 meter of buried prototype, with lateral reaction simulating 1 meter of buried prototype and central free span, and with horizontal imperfection. Two straight pipeline tests were carried out in order to compare with the zig-zag model. The results showed that the zig-zag geometry minimizes the effects caused by the thermal expansion of the pipeline.

O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. / The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.

Les maladies cardiovasculaires représentent actuellement une des premières causes de mortalité dans les pays développés liées à l’augmentation constante des facteurs de risques dans les populations. Différentes études cliniques ont montré que la rigidité artérielle était un facteur prédictif important pour ces maladies.Malheureusement, il s’avère difficile d’accéder expérimentalement à la valeur de ce paramètre. On propose une approche qui permet de déterminer numériquement la rigidité artérielle d’un réseau d’artères à partir d’un modèle monodimensionnel personnalisé de la variation temporelle de la section et du débit sanguin des artères. L’approche proposée résout le problème inverse associé au modèle réduit pour déterminer la rigidité de chaque artère, à l’aide de mesures non invasives de type IRM, echotracking ettonométrie d’aplanation.Pour déterminer la robustesse du modèle construit vis à vis de ses paramètres, une quantification d’incertitude a été effectuée pour mesurer la contribution de ceux-ci, soit seuls soit par interaction, à la variation de la sortie du modèle, ici la pression pulsée. Cette étude a montré que la pression pulsée numérique est un indicateur numérique robuste pouvant aider au diagnostic de l’hypertension artérielle.Nous pouvons ainsi offrir au praticien un outil numérique robuste et peu coûteux permettant un diagnostic précoce et fiable des risques cardiovasculaires pour tout patient simplement à partir d’un examen non invasif / Cardiovascular diseases are currently the leading cause of mortality in developed countries, due to the constant increase in risk factors in the population. Several prospective and retrospective studies have shown that arterial stiffness is an important predictor factor of these diseases. Unfortunately, these parameters are difficult to measure experimentally. We propose a numerical approach to determine the arterial stiffness of an arterial network using a patient specificone-dimensional model of the temporal variation of the section and blood flow of the arteries. The proposed approach estimates the optimal parameters of the reduced model, including the arterial stiffness, using non-invasive measurements such MRI, echotracking and tonometry aplanation. Different optimization results applied on experimental cases will be presented. In order to determine the robustness of the model towards its parameters, an uncertainty analysis hasbeen also carried out to measure the contribution of the model input parameters, alone or by interaction with other inputs, to the variation of model output, here the arterial pulse pressure. This study has shown that the numerical pulse pressure is a reliable indicator that can help to diagnose arterial hypertension.We can then provide the practitioner a robust patient-specific tool allowing an early and reliable diagnosis of cardiovascular diseases based on a non-invasive exam

O desenvolvimento de pesquisas relativas ao comportamento das estruturas offshore são de fundamental importância para as atividades de exploração de petróleo a fim de permitir uma análise mais precisa do desempenho do sistema de ancoragem. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo analisar o comportamento das linhas de ancoragem submetidas a esforços de tração bem como avaliar e quantificar a atenuação das cargas ao longo do trecho enterrado determinando assim as forças que efetivamente chegam à estaca torpedo. Inicialmente foram projetados e construídos os equipamentos, em modelo reduzido, para a realização dos ensaios experimentais de carregamento estático conduzidos na escala de 1:40. As argilas empregadas nos ensaios foram produzidas em laboratório com o objetivo de obter um solo com propriedades físicas similares à da argila típica do leito marinho, a partir da mistura caulim, bentonita e água, sendo definida a composição em massa seca de 85% de caulim, 15% de bentonita e teores de 100% de umidade para a mistura denominada como argila A, e 120% de umidade para a mistura referida como argila B. Após a caracterização geotécnica concluiu-se que a argila B se assemelha às condições de campo. A força que chega ao ponto de ancoragem, equivalente ao que seria o ponto de fixação da amarra ao torpedo, foi medida experimentalmente através de uma célula de carga para duas componentes (vertical e horizontal) instalada no piso do tanque. A catenária invertida formada pela amarra foi registrada em alguns pontos não visíveis através de um sensor por ultrassom. O carregamento da linha de ancoragem foi produzido para diferentes ângulos de incidência, em ciclos de carga e descarga. Os resultados mostram que, mesmo em uma abordagem estática, flutuações de carga na linha de ancoragem não são inteiramente transmitidas ao ponto de ancoragem (torpedo), sendo parcialmente absorvidas ao longo do trecho enterrado da amarra. A atenuação de carga na argila A foi de 24%, enquanto que a atenuação apresentada na argila B variou entre 14 %, 6% e tendendo a 0 nos ensaios realizados respectivamente nas alturas de solo de 72 cm, 48 cm e 24 cm. Verificou-se também que a qualidade dos critérios de similaridade inicialmente adotados foi satisfatória. / The research development on the behavior of offshore structures is fundamentaly important for the exploration of oil in order to allow a more precise analysis of the performance of offshore mooring systems. In this sense, the present work aims to analyze the behavior of embedded mooring lines subjected to tensile stresses and to evaluate and quantify the attenuation of loads along the stretch buried thus determining the forces that effectively reach the torpedo pile. Initially, the equipment were designed and built, in a reduced model, so the experimental tests of conducted static load on the scale of 1:40 could be conducted. The clays used in the tests were produced in the laboratory in order to obtain a soil with similar physical properties to the typical clay seabed, from mixing kaolin, bentonite and water, the composition being set on dry matter of 85% kaolin 15% bentonite content and 100% humidity for mixing clay called as A, and 120% humidity for mixing said clay as B. After geotechnical characterization, it was found that the clay B is similar to field conditions. The force that reaches the anchor point, equivalent to what would be the point of attachment of mooring the torpedo, was experimentally measured by a load cell for two components (vertical and horizontal) installed on the floor of the tank. The reverse catenary formed by the embedded mooring line was recorded in some not visible spots through an ultrasound sensor. The load of the anchor line has been produced for different incidence angles, in loading and unloading cycles. The results show that, even in a static approach, load fluctuations in the anchor line are not fully transmitted to the anchor point (torpedo). Partially absorbed along the stretch of mooring buried. The attenuation of the load on the clay A was 24%, while the attenuation shown in clay B ranged from 14%, 6% and approaches 0 in the tests performed respectively on the ground heights of 72 cm, 48 cm and 24 cm. It was also found that the quality of similarity criteria adopted initially was satisfactory.