Este trabalho descreve os métodos e os resultados encontrados a partir da implementação de métodos estáticos para análise da estabilidade de tensão em sistemas elétricos de potência. A determinação da margem de estabilidade de tensão foi feita através do cálculo do menor valor singular da matriz jacobiana associada às equações de fluxo de carga, comumente utilizado como índice estático de colapso de tensão. As não linearidades e descontinuidades relatadas nas referências estudadas e encontradas nos testes realizados, levaram-nos a propor o uso da razão entre o menor e o maior valores singulares da mesma matriz jacobiana, na expectativa de que este índice tivesse um comportamento menos instável do que o menor valor singular, o que não foi confirmado nos testes realizados. Identifica-se também as regiões do sistema elétrico mais afetadas pela instabilidade, o que é feito através da determinação da barra crítica do sistema e da classificação das barras de carga em ilhas de controle de tensão. A barra crítica é identificada através do cálculo do vetor tangente do sistema, conforme proposto nas referências citadas no trabalho. Como alternativa ao vetor tangente para a identificação da barra crítica, propôs-se usar o vetor singular à direita associado ao menor valor singular da matriz jacobiana. A comparação da capacidade de identificação da barra crítica por esses dois vetores mostrou uma clara vantagem do uso do vetor tangente. A rotina para identificação das ilhas de controle de tensão foi adaptada a partir de um método desenvolvido para a análise de coerência em barras de carga, e os resultados encontrados foram bastante satisfatórios. Os métodos implementados foram testados em diversas situações, com o objetivo de se analisar os efeitos dos modelos de carga ZIP com elevadas parcelas de impedância constante, dos limitadores de potência reativa dos geradores e da repartição do incremento da carga de potência ativa entre os geradores. / This work describes the methods and results got from the implementation of static methods for power systems voltage stability analisys. The power system voltage stability margin was predicted by the smallest load flow jacobian\'s singular value, commonly used as a prediction index to voltage stability. lt is investigated the use of ratio of the smallest single value by the biggest one as voltage colapse index, assuming that it\'s less unstable than the singular value itself, specialy near the collapse point. The results presented shown a clear advantage of using the smallest singular value instead of this singular value rate. The identification of the system\'s regions affected by the voltage drop is made by the tangent vector and by the voltage island identification method proposed on this work. Is compared the ability to identify system\'s critical bus by the tangent vector and right singular vetor of the smallest jacobian\'s singular value. In this case, tests results show the superiority of tangent vector. All the simulations presented are compared to allow the analysis of the voltage dependents load models (with high percentual of constant impedances), reactive limiters and generators load sharing efects over the smallest singular value, the rate of the smallest single value by the biggest one, voltage island classification and the critical bus identification.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-11-12T17:19:37Z No. of bitstreams: 1 CARLOS ANDRÉ CARNEIRO DE OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGMat) 2014.pdf: 2129969 bytes, checksum: 19715b30880dbcde6347a169b0fdbdec (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-12T17:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CARLOS ANDRÉ CARNEIRO DE OLIVEIRA – DISSERTAÇÃO (PPGMat) 2014.pdf: 2129969 bytes, checksum: 19715b30880dbcde6347a169b0fdbdec (MD5) Previous issue date: 2014-04 / Este trabalho apresenta um estudo sobre o ensino da trigonometria no ensino médio, contemplando as recomendações sobre esse conteúdo encontradas nos Parâmetros Curriculares Nacionais e uma breve análise desses conteúdos em alguns dos livros recomendados pelo Guia de Livros Didáticos de Matemática - PNLP 2012. Destacando a formação do conceito de radiano; a extensão das razões trigonométricas seno, cosseno e tangente definidas no triângulo retângulo para as funções Trigonométricas de domínio real, além das demonstrações geométricas das fórmulas da adição e da subtração de arcos das funções seno, cosseno e tangente. Apresenta, também, uma sequência didática, com atividades contemplando os conteúdos destacados acima. As atividades foram elaboradas tendo como referência a teoria da aprendizagem significativa e adaptadas ao uso do software GeoGebra. / This work presents a study on the teaching of trigonometry in high school, in accordance with the recommendations about this subject found in National Curriculum Guidelines (Parâmetros Curriculares Nacionais) and a analysis of the content of some of the books recommended by the Mathematics Textbook Guide - PNLP 2012. It highlight the formation of the concept of radian; the extension of trigonometric ratios sine, cosine and tangent defined in the triangle for Trigonometric functions of real field, in addition to the geometrical proofs of the formula of addition and subtraction arches functions sine, cosine and tangent. It also presents a didactic sequence, with activities covering the highlighted contents above. The activities were developed with reference to the meaningful learning theory and adapted to the use of GeoGebra software.

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2015-06-02T14:42:10Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4771282 bytes, checksum: 54ad9700566c303ef32a4f565e89ee2c (MD5) / Approved for entry into archive by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2015-06-03T22:27:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4771282 bytes, checksum: 54ad9700566c303ef32a4f565e89ee2c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-03T22:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4771282 bytes, checksum: 54ad9700566c303ef32a4f565e89ee2c (MD5) Previous issue date: 2014-07-04 / In this work, we study the principles of the theory of plane curves, within the context of high school / Neste trabalho estudamos os princípios da teoria das curvas planas, tendo em mente, estudantes do ensino médio. Aqui, é proposta uma introdução ao Cálculo Diferencial e Integral àqueles estudantes, e em seguida um estudo sobre a teoria das curvas, onde alguns exemplos clássicos são apresentados, bem como, conceitos como vetor tangente, área e comprimento de curvas são discutidos.

Este trabalho descreve os métodos e os resultados encontrados a partir da implementação de métodos estáticos para análise da estabilidade de tensão em sistemas elétricos de potência. A determinação da margem de estabilidade de tensão foi feita através do cálculo do menor valor singular da matriz jacobiana associada às equações de fluxo de carga, comumente utilizado como índice estático de colapso de tensão. As não linearidades e descontinuidades relatadas nas referências estudadas e encontradas nos testes realizados, levaram-nos a propor o uso da razão entre o menor e o maior valores singulares da mesma matriz jacobiana, na expectativa de que este índice tivesse um comportamento menos instável do que o menor valor singular, o que não foi confirmado nos testes realizados. Identifica-se também as regiões do sistema elétrico mais afetadas pela instabilidade, o que é feito através da determinação da barra crítica do sistema e da classificação das barras de carga em ilhas de controle de tensão. A barra crítica é identificada através do cálculo do vetor tangente do sistema, conforme proposto nas referências citadas no trabalho. Como alternativa ao vetor tangente para a identificação da barra crítica, propôs-se usar o vetor singular à direita associado ao menor valor singular da matriz jacobiana. A comparação da capacidade de identificação da barra crítica por esses dois vetores mostrou uma clara vantagem do uso do vetor tangente. A rotina para identificação das ilhas de controle de tensão foi adaptada a partir de um método desenvolvido para a análise de coerência em barras de carga, e os resultados encontrados foram bastante satisfatórios. Os métodos implementados foram testados em diversas situações, com o objetivo de se analisar os efeitos dos modelos de carga ZIP com elevadas parcelas de impedância constante, dos limitadores de potência reativa dos geradores e da repartição do incremento da carga de potência ativa entre os geradores. / This work describes the methods and results got from the implementation of static methods for power systems voltage stability analisys. The power system voltage stability margin was predicted by the smallest load flow jacobian\'s singular value, commonly used as a prediction index to voltage stability. lt is investigated the use of ratio of the smallest single value by the biggest one as voltage colapse index, assuming that it\'s less unstable than the singular value itself, specialy near the collapse point. The results presented shown a clear advantage of using the smallest singular value instead of this singular value rate. The identification of the system\'s regions affected by the voltage drop is made by the tangent vector and by the voltage island identification method proposed on this work. Is compared the ability to identify system\'s critical bus by the tangent vector and right singular vetor of the smallest jacobian\'s singular value. In this case, tests results show the superiority of tangent vector. All the simulations presented are compared to allow the analysis of the voltage dependents load models (with high percentual of constant impedances), reactive limiters and generators load sharing efects over the smallest singular value, the rate of the smallest single value by the biggest one, voltage island classification and the critical bus identification.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Isa Lorena.pdf: 2675574 bytes, checksum: 324410a337fb201f2446d151678a3e01 (MD5) Previous issue date: 2009-11-24 / This research is carried out to study the influence of aggregate source on the initial tangent modulus of deformation of concrete (Eci), to correlate the resistance to compression (fc) with the module Eci and compare the results of this research with the equations proposed by international standards and the Brazilian. To this end, it was used three levels of resistance to 28 days: 20MPa, 30Mpa and 40Mpa and ranged up the aggregate source in the types lithological micaschist, Granulito and Basalt. Set the type of cement, sand, water, and additive content of mortar. All materials are used in dosages of Goiânia and the surrounding region in order to determine the behavior of these materials in concrete that is produced in the region. The experimental program of this research is divided into two parts. The first is to determine the curves of strength of each aggregate source test of resistance to compression in the age of three, seven and 28 days, while the second part determines the initial tangent modulus of deformation on the ages of seven and 28 days. For the first part of the experimental program were molded 54 body-of-evidence and tested for resistance to compression. For the second part was molded 90 body-of-evidence, where 36 were tested for resistance to compression and 54 with the initial tangent modulus of deformation. With the end of testing was performed a statistical analysis of results obtained through software STATISTIC. In the analysis it was the influence of aggregate source in the initial tangent modulus of deformation (Eci), noting influences the levels of resistance adopted and distinct variations in the influence of aggregate source studied on the Eci, by increasing order of the results of module: micaschist, granulito and basalt. The results also indicated that the NBR 6118 (ABNT, 2003) overestimates the values of modulus of deformation of concrete. / Esta pesquisa desenvolve-se para estudar a influência do agregado graúdo sobre o módulo de deformação tangente inicial do concreto (Eci), correlacionar a resistência à compressão (fc) com o módulo Eci e comparar os resultados desta pesquisa com as equações propostas pelas normas internacionais e pela brasileira. Para esse fim, utilizaram-se três níveis de resistência aos 28 dias: 20MPa, 30Mpa e 40Mpa e variou-se o agregado graúdo nos tipos litológicos Micaxisto, Granulito e Basalto. Fixou o tipo de cimento, areia, água, aditivo e teor de argamassa. Todos os materiais utilizados nas dosagens são da região de Goiânia e entorno com o objetivo de determinar o comportamento desses materiais nos concretos que são produzidos na região. O programa experimental desta pesquisa é dividido em duas partes. A primeira visa determinar as curvas de dosagem de cada agregado graúdo através de ensaios de resistência à compressão nas idades de três, sete e 28 dias, enquanto que a segunda parte determina o módulo de deformação tangente inicial nas idades de sete e 28 dias. Para a primeira parte do programa experimental foram moldados 54 corpos-de-prova e todos ensaiados à resistência à compressão. Para a segunda parte foram moldados 90 corpos-deprova, onde 36 foram ensaiados à resistência à compressão e 54 com o módulo de deformação tangente inicial. Com o termino dos ensaios foi realizado uma análise estatística dos resultados obtidos através do software STATISTIC. Com a análise constatou-se a influência do agregado graúdo sobre o módulo de deformação tangente inicial (Eci), observando sucintas influências dos níveis de resistências adotados e distintas variações na influência dos agregados graúdos estudados sobre o Eci, apresentando em ordem crescente dos resultados do módulo: micaxisto, granulito e basalto. Os resultados também indicaram que a NBR 6118 (ABNT, 2003) superestima os valores do módulo de deformação dos concretos. Com os resultados encontrados para cada agregado graúdo foi possível encontrar as relações entre os resultados da equação proposta pela NBR 6118 (ABNT, 2003) e ACI (ACI, 1999) além de estimar os valores do módulo de elasticidade de acordo com os tipos litológicos estudados por essa pesquisa.

O presente trabalho discute comparativamente o comportamento mecânico de solos lateríticos e não lateríticos para uso em pavimentação. Para tanto foram ensaiados 3 pares de solos, sendo cada par constituído por solos de curvas granulométricas semelhantes, mesma classificação HRB e comportamentos distintos quanto à laterização. Foram realizados ensaios triaxiais convencionais do tipo CD saturado e não saturado sem controle de sucção e ensaios de compressão simples. A partir dos resultados dos ensaios foram modeladas as deformações elásticas em função das tensões de confinamento e determinadas as envoltórias de ruptura de Mohr-Coulomb. Concluiu-se que a maior resistência dos solos lateríticos está representada na componente coesão da envoltória de Mohr-Coulomb e que esta é mobilizada praticamente ao máximo desde o início em um ensaio triaxial. A diferença de resistência entre os ensaios saturados e não saturados também se mostrou na coesão, com a soma nesta da componente coesão aparente, fruto da sucção. O ângulo de atrito mostrou-se constante para as duas gêneses, tanto para a condição saturada como para a condição não saturada. Os solos lateríticos apresentam rigidez maior que os não lateríticos, tanto na condição saturada como na condição não saturada. Para os níveis de tensão de confinamento utilizados, a rigidez dos solos, de ambas as gêneses, na condição saturada, diminui com o aumento da tensão confinante. Também se observou que a ação da sucção existente nos ensaios não saturados proporciona, para ambas as gêneses, uma mudança da sensibilidade da rigidez ao aumento da tensão confinante. / The present paper discusses the mechanical behavior of lateritic and no-lateritic soils for use in pavement. To attain that goal, 3 pair soils were rehearsed, being each pair constituted by soils of similar granulometric curves, same HRB classification and different genesis. The experimental program was constituted of static triaxial compression test of the type saturated CD and of the type unsaturated without suction control and unconfined compression strength test. With the results of the tests, the elastic strains were modeled in function of the confinement stresses and the rupture paths of Mohr-Coulomb were determined. The analysis that the shear strength of the lateritic soils is greater than no-lateritic soil because of the cohesion. Since the begin it, the cohesion is mobilized practically to the maximum for both soils. The difference of shear strength between the saturated and unsaturated tests it is also cohesion, with the sum in that component of the cohesion apparent produced for suction. The angle of internal friction is constant for the two genesis as much for the saturated test as for the unsaturated test. The lateritic soils present greater stiffness than the no-lateritic soils, as much for saturated test as for unsaturated test. For the levels of confinement stresses used, in the saturated condition the stiffness of the soils decreases with the increase of the confinement stresses of both genesis. In addition, it was observed that the suction existent in the unsaturated testing produce a change of the sensibility of the soils stiffness to the increase of the confinement stress for both genesis.

La tomodensitométrie est une technique très utile qui permet de mener avec succès des analyses non-invasives dans plusieurs types d'applications, par exemple médicales ou industrielles. L'analyse manuelle des structures d'intérêt présentes dans une image peut prendre beaucoup de temps, être laborieuse et parfois même impossible à faire en raison de sa complexité. C'est pour cela que dans cette thèse, nous proposons et développons des algorithmes nécessaires à cette analyse, basés sur la géométrie discrète et la topologie. Ces algorithmes peuvent servir dans de nombreuses applications, et en particulier au niveau de l'analyse quantitative automatique de l'arbre bronchique humain, sur la base d'images de tomodensitométrie. La première partie introduit les notions fondamentales de la topologie et de la géométrie discrètes utiles dans cette thèse. Ensuite, nous présentons le principe de méthodes utilisées dans de nombreuses applications : les algorithmes de squelettisation, de calcul de l'axe médian, les algorithmes de fermeture de tunnels et les estimateurs de tangentes. La deuxième partie présente les nouvelles méthodes que nous proposons et qui permettent de résoudre des problèmes particuliers. Nous avons introduit deux méthodes nouvelles de filtrage d'axe médian. La première, que nous appelons "hierarchical scale medial axis", est inspirée du "scale axis transform", sans les inconvénients qui sont propres à la méthode originale. La deuxième est une méthode nommée "discrete adaptive medial axis", où le paramètre de filtrage est adapté dynamiquement aux dimensions locales de l'objet. Dans cette partie, nous introduisons également des estimateurs de tangente nouveaux et efficaces, agissant sur des courbes discrètes tridimensionnelles, et que nous appelons "3Dlambda maximal segment tangent direction". Enfin, nous avons montré que la géométrie discrète et les algorithmes topologiques pouvaient être utiles dans le problème de l'analyse quantitative de l'arbre bronchique humain à partir d'images tomodensitométriques. Dans une chaîne de traitements de structure classique par rapport à l'état de l'art, nous avons appliqué des méthodes de topologie et de géométrie discrète afin de résoudre des problèmes particuliers dans chaque étape du processus de l'analyse quantitative. Nous proposons une méthode robuste pour segmenter l'arbre bronchique à partir d'un ensemble de données tomographiques (CT). La méthode est basée sur un algorithme de fermeture de tunnels qui est utilisé comme outil pour réparer des images CT abîmées par les erreurs d'acquisition. Nous avons aussi proposé un algorithme qui sert à créer un modèle artificiel d'arbre bronchique. Ce modèle est utilisé pour la validation des algorithmes présentés dans cette thèse. Ensuite nous comparons la qualité des différents algorithmes en utilisant un ensemble de test constitué de fantômes (informatiques) et d'un ensemble de données CT réelles. Nous montrons que les méthodes récemment présentées dans le cadre des complexes cubiques, combinées avec les méthodes présentées dans cette thèse, permettent de surmonter des problèmes indiqués par la littérature et peuvent être un bon fondement pour l'implémentation future des systèmes de quantification automatique des particularités de l'arbre bronchique / Computed tomography is a very useful technic which allow non-invasive diagnosis in many applications for example is used with success in industry and medicine. However, manual analysis of the interesting structures can be tedious and extremely time consuming, or even impossible due its complexity. Therefore in this thesis we study and develop discrete geometry and topology algorithms suitable for use in many practical applications, especially, in the problem of automatic quantitative analysis of the human airway trees based on computed tomography images. In the first part, we define basic notions used in discrete topology and geometry then we showed that several class of discrete methods like skeletonisation algorithms, medial axes, tunnels closing algorithms and tangent estimators, are widely used in several different practical application. The second part consist of a proposition and theory of a new methods for solving particular problems. We introduced two new medial axis filtering method. The hierarchical scale medial axis which is based on previously proposed scale axis transform, however, is free of drawbacks introduced in the previously proposed method and the discrete adaptive medial axis where the filtering parameter is dynamically adapted to the local size of the object. In this part we also introduced an efficient and parameter less new tangent estimators along three-dimensional discrete curves, called 3D maximal segment tangent direction. Finally, we showed that discrete geometry and topology algorithms can be useful in the problem of quantitative analysis of the human airway trees based on computed tomography images. According to proposed in the literature design of such system we applied discrete topology and geometry algorithms to solve particular problems at each step of the quantitative analysis process. First, we propose a robust method for segmenting airway tree from CT datasets. The method is based on the tunnel closing algorithm and is used as a tool to repair, damaged by acquisition errors, CT images. We also proposed an algorithm for creation of an artificial model of the bronchial tree and we used such model to validate algorithms presented in this work. Then, we compare the quality of different algorithms using set of experiments conducted on computer phantoms and real CT dataset. We show that recently proposed methods which works in cubical complex framework, together with methods introduced in this work can overcome problems reported in the literature and can be a good basis for the further implementation of the system for automatic quantification of bronchial tree properties

La dérivée est un concept important dans les cours de calcul. Dans certains pays comme au Canada et en France, il est enseigné au niveau collégial tandis qu’en Afrique et en particulier au Cameroun, on l’enseigne au niveau secondaire car la dérivée intervient dans l’étude des variations d’une fonction. Cette thèse dont le titre est : Analyse praxéologique des pratiques des enseignants et de leur utilisation de ressources pour l’enseignement de la dérivée. Une étude de cas dans l’enseignement secondaire général au Cameroun part du constat selon lequel de nombreux élèves et étudiants rencontrent des difficultés avec la notion de dérivée et que ces difficultés s’observent dans leurs résultats scolaires et académiques. Au vu de l’importance de la dérivée pour les différents parcours universitaires en sciences, nous nous intéressons aux pratiques des enseignants de mathématiques et notamment leurs praxéologies didactiques autour de la dérivée mais aussi, nous voulons comprendre les raisons qui justifient les choix faits par ces enseignants. La recherche essaie de répondre à la question de savoir quelles sont les pratiques des enseignants et les ressources utilisées par ces derniers pour l’enseignement de la dérivée? La recherche se propose ainsi d’identifier les praxéologies que les enseignants développent dans leur utilisation des ressources pour préparer leurs leçons et pour enseigner la dérivée. Nous ne nous limitons pas aux praxéologies observables mais nous aimerons comprendre les raisons qui justifient les choix opérés par ces enseignants et les contraintes institutionnelles auxquelles ils font face. Deux cadres théoriques encadrent cette recherche : la Théorie Anthropologique de la Didactique (TAD) qui nous permet d’analyser les types de tâches, les techniques, les technologies et les théories justifiant les technologies employées dans les ressources des enseignants et dans leurs pratiques enseignantes. De même, nous utilisons l’Approche Documentaire du Didactique (ADD) afin d’analyser les ressources institutionnelles et les autres ressources que les enseignants utilisent pour enseigner la dérivée. Pour analyser l’utilisation des ressources des enseignants, nous mettons un accent sur les objectifs et les sous-objectifs visés, les règles d’action, les invariants opératoires et les inférences éventuelles. Sur le plan méthodologique, nous utilisons une étude de cas impliquant trois enseignants qui enseignent la dérivée aux élèves de première. Nous utilisons des entretiens semi-dirigés afin d’analyser les choix que font les enseignants lors de la préparation des cours mais et surtout les raisons qui justifient ces choix; les observations vidéo-filmées permettent de savoir comment les enseignants introduisent la dérivée en un point et sur un intervalle et l’analyse des documents tels que les programmes de mathématiques, les manuels scolaires et d’autres ressources des enseignants employés dans la préparation des cours. Le principal résultat de cette thèse est l’identification du poids des ressources institutionnelles et de l’examen de fin d’année sur les praxéologies mathématiques et sur la manière dont les enseignants utilisent ces ressources. Nous discutons de ce résultat en tenant compte du rapport personnel des enseignants et des praxéologies développées dans les manuels et lors de l’enseignement. / Derivatives are one of the most important topics studied in high school (in many countries) and postsecondary mathematics. Many students must learn this topic to pursue their university studies and as a gateway to learn other mathematical topics in various other fields. In Cameroon, secondary teaching lasts from 12 to 18 years old. In this context, what in other countries is considered as pre-university courses, or college, in Cameroon is still called secondary. Derivatives are introduced in the last but one year of this cycle, called première (students are 17), after the topics of function, limit, and continuity. In this thesis, we examined teachers’ practices and their use of resources while teaching derivatives. This study in general secondary education in Cameroon starts from the observation that many pupils and students encounter difficulties with the notion of derivative and that these difficulties are observed in their academic results. The research attempts to identify the tasks, techniques and technologies developed in the resources used by these teachers. It also tries to describe the patterns of use of resources by closely observing the objectives pursued, the rules of action and the operational invariants put in place when using resources. We do not limit ourselves to describing the practices of teachers, but we would like to understand the reasons that justify their choices and the institutional constraints they face. Since we are interested in teachers’ practices and their use of resources to teach derivatives, we use elements of the anthropological theory of the didactic (ATD) to analyze the types of tasks, the techniques, technologies, and theories justifying the technologies used in teachers' resources and teaching practices. By using DA, we understand that teachers, to prepare their teaching, use variety of resources. These resources aiming to teach this content together with the schemes of use of these resources result in a document and these schemes of use of resources is influenced by the teacher’s own personal relationship. The participants in this study were three teachers who teach derivatives to first-class students. We use semi-structured interviews to analyse the choices teachers make when preparing courses, but above all the reasons that justify these choices and video to observe how teachers introduce the derivative. The video shows how teachers introduce the derivative at a point and on an interval. Others analyses helps us understanding how this content is introduced on math programs, textbooks and other teacher resources used in the preparation of courses. The main result of this thesis is the identification of the weight of institutional resources and the end-of-year examination on mathematical praxeology’s and on the way, teachers use these resources. We discuss this result considering the personal relationship of teachers and the praxeology’s developed in textbooks and during teaching.

Este trabalho trata da análise da propagação de fissuras, independente do tempo, em domínios bidimensionais utilizando uma formulação alternativa do método dos elementos de contorno (MEC). O MEC vem sendo utilizado com sucesso na análise de diversos problemas de engenharia. Considerando problemas de mecânica da fratura, o MEC é especialmente eficiente devido à redução da dimensionalidade de sua malha, o que permite a simulação do crescimento das fissuras sem as dificuldades do processo de remalhamento. Nesta pesquisa, desenvolvem-se formulações não lineares do MEC para a análise da propagação de fissuras em materiais quase frágeis. Nesses materiais, a zona de processo à frente da ponta da fissura introduz efeitos fisicamente não lineares no comportamento estrutural. Assim, para a simulação da presença da zona de processo, modelos não lineares são necessários. Classicamente a formulação dual do MEC é utilizada para modelar propagação de fissuras na quais equações singulares e hipersingulares são escritas para elementos definidos ao longo das faces das fissuras. O presente trabalho propõe uma segunda formulação utilizando um campo de tensões iniciais para a representação da zona coesiva. Nesta formulação, o termo de domínio da equação integral clássica do MEC é degenerado, de forma a atuar somente ao longo do caminho de crescimento das fissuras, sendo que esse procedimento dá origem a uma nova variável denominada dipolo, responsável por garantir o atendimento das condições de contorno. Em conjunto com essa nova formulação, se propõe o uso do operador tangente (OT), que é deduzido no trabalho, a fim de acelerar o processo de convergência da solução. Os resultados obtidos, por meio da formulação alternativa, são comparados tanto com dados experimentais quanto com o MEC dual, ambos disponíveis na literatura. As respostas encontradas foram satisfatórias no sentido de conseguir reproduzir o comportamento real da estrutura explorando as vantagens computacionais proporcionadas pelo OT. / This work presents a time-independent crack propagation analysis, in two-dimensional domains, using an alternative boundary element method (BEM) formulation. BEM has been used successfully to analyze several engineering problems. Considering fracture mechanics problems, BEM is especially efficient due to its mesh reduction aspects, which allows the simulation of crack growth without remeshing difficulties. In this research, nonlinear BEM formulations are develop in order to analyze crack propagation in quasi-brittle materials. Considering these materials, the process zone ahead of the crack tip leads to nonlinear effects related to structural behavior. Thus, nonlinear models are required for simulating the presence of the process zone. Classically, the dual BEM is used for modeling the crack propagation, in which singular and hyper-singular equations are written for elements defined along the crack faces. This work proposes an alternative formulation using the initial stress field to represent the cohesive zone. In this formulation, the classic domain integral term is degenerated in order to be non-null only at the crack growth path. This procedure leads the creation of new variable called dipole, which is responsible for ensuring the compliance of the boundary conditions. In addition to this new formulation, it is proposed the use of the tangent operator (TO), which is derived in this work, in order to accelerate the convergence. The results obtained using the new formulation, are compared with experimental data and dual BEM results available in the literature. The responses were found satisfactory in reproducing the behavior of real structures exploiting the computational advantages provided by the TO.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de formulações numéricas para avaliar o comportamento mecânico de estruturas compostas planas, no contexto de elasticidade linear e mecânica da fratura não linear. As formulações propostas são baseadas no Método dos Elementos de Contorno (MEC), por meio das representações integrais singular e hiper singular dos problemas elastostáticos. A técnica de multi-regiões é considerada para acoplar a interface de sólidos multifásicos. O MEC é uma técnica numérica robusta e precisa para analisar o fenômeno da fratura em sólidos. Esse método numérico apresenta uma natural redução na dimensionalidade do problema, tornando mais simples a modelagem das superfícies de fratura. Além disso, essa redução de dimensionalidade faz também com que o tratamento de interfaces materiais em estruturas compostas seja uma tarefa menos árdua. Com o uso da solução fundamental de Kelvin nas representações integrais, materiais isotrópicos podem ser considerados para constituir as estruturas compostas. Por outro lado, utilizando a solução fundamental de Cruse & Swedlow, também é possível lidar, de maneira geral, com materiais anisotrópicos em estruturas compostas. Nessas estruturas, as fraturas são assumidas como ocorrendo ao longo das interfaces e o comportamento não linear é introduzido pelo modelo coesivo de fratura, o qual é aplicável a materiais quase frágeis. Nessas análises, o sistema não linear de equações pode ser solucionado utilizando dois distintos algoritmos de resolução iterativa. O primeiro sempre leva em consideração a rigidez elástica da estrutura e é, portanto denominado Operador Constante (OC). Já o segundo é denominado Operador Tangente (OT), pois considera uma rigidez tangente à resposta estrutural não linear, o que resulta em melhores taxas de convergência em comparação ao OC. Como aplicações das formulações, estruturas compostas teóricas foram analisadas em regime elástico. Além disso, testes experimentais de fratura em espécimes de concreto e madeira também foram simulados. A comparação dos resultados com as referências demonstrou que, as formulações foram efetivas e precisas para avaliar respostas mecânicas de estruturas, seja em regime elástico linear ou nos testes de fratura quase frágil. / The present work deals the development of numerical formulations to evaluate the mechanical behaviour of plane composed structures, in the context of linear elasticity and nonlinear fracture mechanics. The proposed formulations are based on the Boundary Element Method (BEM), through its classical singular and hyper singular integral equations. The multi-region technique is adopted to couple the interfaces of non-homogeneous multiphase bodies. The BEM is a robust and accurate numerical technique to analyse fracture phenomena in solids. This numerical method presents a mesh dimensionality reduction, which makes easier the modelling of cracks surfaces. Besides, this dimensionality reduction also makes the treatment of interfaces in composed structures a less complex task. Considering the use of Kelvin fundamental solutions at the integrals equations, isotropic materials can be represent as parts of the composed structures. On the other hand, using Cruse & Swedlow fundamental solution it is also possible to deal with general anisotropic materials. At the composed structures, cracks can propagate along the materials interfaces and the cohesive crack model is responsible for the nonlinear structural behaviour of the quasi-brittle failures. The nonlinear system of equations at the fracture analyses is solved using two different algorithms for iterative resolution. The first always takes into account the structure elastic strength and, hence it is called Constant Operator (CO). On the other hand, the second is denominated Tangent Operator (TO) due to the fact that it considers strengths at the tangent directions of the nonlinear structural response. Therefore, convergence rates are faster when compared with the CO. As applications, composed structures were analysed with the developed formulations in linear elastic range. In addition, experimental fracture testes performed in concrete and wood specimens were also analysed. The confront of obtained results with the reference ones show that, the formulation was effective and accurate to evaluate the mechanical responses of composed structures in linear elastic range, and also to perform nonlinear quasi-brittle fracture tests.