Estudia los sistemas vibratorios de Timoshenko con historia pasada actuando solamente en una ecuación. Se obtiene la existencia, unicidad, estabilidad exponencial y decaimiento polinomial de un sistema de Timoshenko con historia pasada. Aborda la teoría de semigrupos y propiedades del resolvente de un generador infinitesimal para demostrar la existencia y unicidad de soluciones del sistema planteado, además se estudia que la disipación dada por el término historia es lo suficientemente fuerte para producir estabilidad exponencial, si la velocidad de las ondas son iguales. En el caso que la velocidad de las ondas es diferente, se demuestra que la energía de primer orden decae polinomialmente. / Tesis

E desenvolvida a formulação newtoniana do modelo de Timoshenko para vigas elásticas, através da resposta fundamental, ou função de Green de valor inicial, e da análise modal. São feitas aplicações para o caso de plataformas off-shore e nanotecnologia. A derivação das equações governantes do modelo de Timo-shenko, considerando condições de contorno clássicas e não-clássicas, é feita segundo o princípio extendido de Hamilton. Realiza-se uma análise espectral no sistema de equações diferenciais parciais evolutivas de segunda ordem que governam os modelos, utilizando, na determinação das frequências naturais e autofunções, uma base gerada por uma resposta espacial fundamental. Esta resposta satisfaz um sistema não clássico de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem, que inclui um operador diferencial de primeira ordem e um coeficiente de rigidez que depende não-linearmente da frequência natural. A solução analítica do problema é obtida utilizando-se uma fórmula que envolve a resolução de equações características de três tipos: algébrica, diferencial e em diferenças. O estudo de respostas dinâmicas e, em particular, respostas forçadas no domínio da frequência, é considerado para sistemas evolutivos de segunda ordem, com auxílio da formulaçãao do problema adjunto. A função matricial de transferência é calculada de maneira espectral e não-espectral. A caracterização de autovalores duplos acima de valores críticos da frequência para vigas livre-livre é reformulada matricialmente, em termos da base dinâmica. Respostas devido a excitações harmônicas e variadas condições iniciais são simuladas para vários tipos de vigas. Para o comportamento de estruturas flexíveis off-shore modeladas segundo as teorias de Euler-Bernoulli e de Rayleigh e a lei de Morison, é proposta uma extensão à teoria de Timoshenko. Os modos de vibração do modelo de Vlasov para nanotubos são determinados através de limite dos modos correspondentes ao modelo de Timoshenko. Simulações são realizadas para nanotubos de carbono. / It is developed a newtonian formulation of the elastic beam model of Timoshenko, through a fundamental response , or initial value Green's function, and from modal analysis. Applications are considered in offshore structures and nanotechnology. The motion equations of the Timoshenko model, under classical or non classical boundary conditions, are obtained according to the extended Hamilton principle. It is done a spectral analysis of the system of second order evolution partial differential equations that governs the model, using a basis generated by a fundamental spatial response for the determination of the frequencies and eigen- functions. This response satisfies a non classical system of second order ordinary differential equations that includes a first derivative operator and a stiffness coefficient which depends, in a non linear manner, on the natural frequencies. The analytical solution of the problem is obtained by using a formulae which involves the resolution of characteristic equations of three types: algebraic, differential and on differences. The study of dynamical responses and, particularly, of forced responses in the frequency domain, it is considered for second order evolution systems with aid of the adjoint problem formulation. The transfer matrix function is determined by spectral and non spectral means. The characterization of double eigenvalues above critical frequency values for free-free beams is reformulated in matrix form, in terms of the dynamical basis. Responses due to harmonic excitation and various initial conditions are simulated for several types of beams. For the behaviour of flexible offshore structures that are modelled according to Euler-Bernoulli and Rayleigh beam models and subjected to Morison's law, it is proposed a extension for Timoshenko beam theory. The vibration modes of the Vlasov model for nanotubes are obtained as a limit case of the modes corresponding to the Timoshenko model. Simulations are performed for carbon nanotubes.

E desenvolvida a formulação newtoniana do modelo de Timoshenko para vigas elásticas, através da resposta fundamental, ou função de Green de valor inicial, e da análise modal. São feitas aplicações para o caso de plataformas off-shore e nanotecnologia. A derivação das equações governantes do modelo de Timo-shenko, considerando condições de contorno clássicas e não-clássicas, é feita segundo o princípio extendido de Hamilton. Realiza-se uma análise espectral no sistema de equações diferenciais parciais evolutivas de segunda ordem que governam os modelos, utilizando, na determinação das frequências naturais e autofunções, uma base gerada por uma resposta espacial fundamental. Esta resposta satisfaz um sistema não clássico de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem, que inclui um operador diferencial de primeira ordem e um coeficiente de rigidez que depende não-linearmente da frequência natural. A solução analítica do problema é obtida utilizando-se uma fórmula que envolve a resolução de equações características de três tipos: algébrica, diferencial e em diferenças. O estudo de respostas dinâmicas e, em particular, respostas forçadas no domínio da frequência, é considerado para sistemas evolutivos de segunda ordem, com auxílio da formulaçãao do problema adjunto. A função matricial de transferência é calculada de maneira espectral e não-espectral. A caracterização de autovalores duplos acima de valores críticos da frequência para vigas livre-livre é reformulada matricialmente, em termos da base dinâmica. Respostas devido a excitações harmônicas e variadas condições iniciais são simuladas para vários tipos de vigas. Para o comportamento de estruturas flexíveis off-shore modeladas segundo as teorias de Euler-Bernoulli e de Rayleigh e a lei de Morison, é proposta uma extensão à teoria de Timoshenko. Os modos de vibração do modelo de Vlasov para nanotubos são determinados através de limite dos modos correspondentes ao modelo de Timoshenko. Simulações são realizadas para nanotubos de carbono. / It is developed a newtonian formulation of the elastic beam model of Timoshenko, through a fundamental response , or initial value Green's function, and from modal analysis. Applications are considered in offshore structures and nanotechnology. The motion equations of the Timoshenko model, under classical or non classical boundary conditions, are obtained according to the extended Hamilton principle. It is done a spectral analysis of the system of second order evolution partial differential equations that governs the model, using a basis generated by a fundamental spatial response for the determination of the frequencies and eigen- functions. This response satisfies a non classical system of second order ordinary differential equations that includes a first derivative operator and a stiffness coefficient which depends, in a non linear manner, on the natural frequencies. The analytical solution of the problem is obtained by using a formulae which involves the resolution of characteristic equations of three types: algebraic, differential and on differences. The study of dynamical responses and, particularly, of forced responses in the frequency domain, it is considered for second order evolution systems with aid of the adjoint problem formulation. The transfer matrix function is determined by spectral and non spectral means. The characterization of double eigenvalues above critical frequency values for free-free beams is reformulated in matrix form, in terms of the dynamical basis. Responses due to harmonic excitation and various initial conditions are simulated for several types of beams. For the behaviour of flexible offshore structures that are modelled according to Euler-Bernoulli and Rayleigh beam models and subjected to Morison's law, it is proposed a extension for Timoshenko beam theory. The vibration modes of the Vlasov model for nanotubes are obtained as a limit case of the modes corresponding to the Timoshenko model. Simulations are performed for carbon nanotubes.

E desenvolvida a formulação newtoniana do modelo de Timoshenko para vigas elásticas, através da resposta fundamental, ou função de Green de valor inicial, e da análise modal. São feitas aplicações para o caso de plataformas off-shore e nanotecnologia. A derivação das equações governantes do modelo de Timo-shenko, considerando condições de contorno clássicas e não-clássicas, é feita segundo o princípio extendido de Hamilton. Realiza-se uma análise espectral no sistema de equações diferenciais parciais evolutivas de segunda ordem que governam os modelos, utilizando, na determinação das frequências naturais e autofunções, uma base gerada por uma resposta espacial fundamental. Esta resposta satisfaz um sistema não clássico de equações diferenciais ordinárias de segunda ordem, que inclui um operador diferencial de primeira ordem e um coeficiente de rigidez que depende não-linearmente da frequência natural. A solução analítica do problema é obtida utilizando-se uma fórmula que envolve a resolução de equações características de três tipos: algébrica, diferencial e em diferenças. O estudo de respostas dinâmicas e, em particular, respostas forçadas no domínio da frequência, é considerado para sistemas evolutivos de segunda ordem, com auxílio da formulaçãao do problema adjunto. A função matricial de transferência é calculada de maneira espectral e não-espectral. A caracterização de autovalores duplos acima de valores críticos da frequência para vigas livre-livre é reformulada matricialmente, em termos da base dinâmica. Respostas devido a excitações harmônicas e variadas condições iniciais são simuladas para vários tipos de vigas. Para o comportamento de estruturas flexíveis off-shore modeladas segundo as teorias de Euler-Bernoulli e de Rayleigh e a lei de Morison, é proposta uma extensão à teoria de Timoshenko. Os modos de vibração do modelo de Vlasov para nanotubos são determinados através de limite dos modos correspondentes ao modelo de Timoshenko. Simulações são realizadas para nanotubos de carbono. / It is developed a newtonian formulation of the elastic beam model of Timoshenko, through a fundamental response , or initial value Green's function, and from modal analysis. Applications are considered in offshore structures and nanotechnology. The motion equations of the Timoshenko model, under classical or non classical boundary conditions, are obtained according to the extended Hamilton principle. It is done a spectral analysis of the system of second order evolution partial differential equations that governs the model, using a basis generated by a fundamental spatial response for the determination of the frequencies and eigen- functions. This response satisfies a non classical system of second order ordinary differential equations that includes a first derivative operator and a stiffness coefficient which depends, in a non linear manner, on the natural frequencies. The analytical solution of the problem is obtained by using a formulae which involves the resolution of characteristic equations of three types: algebraic, differential and on differences. The study of dynamical responses and, particularly, of forced responses in the frequency domain, it is considered for second order evolution systems with aid of the adjoint problem formulation. The transfer matrix function is determined by spectral and non spectral means. The characterization of double eigenvalues above critical frequency values for free-free beams is reformulated in matrix form, in terms of the dynamical basis. Responses due to harmonic excitation and various initial conditions are simulated for several types of beams. For the behaviour of flexible offshore structures that are modelled according to Euler-Bernoulli and Rayleigh beam models and subjected to Morison's law, it is proposed a extension for Timoshenko beam theory. The vibration modes of the Vlasov model for nanotubes are obtained as a limit case of the modes corresponding to the Timoshenko model. Simulations are performed for carbon nanotubes.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-09-03T12:10:42Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1353146 bytes, checksum: 37ac438ef18826d95dd34558f78cda30 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-03T12:10:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1353146 bytes, checksum: 37ac438ef18826d95dd34558f78cda30 (MD5) Previous issue date: 2018-03-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho estudamos o comportamento assintótico de sistemas dissipativos com aplicações à modelagem de vibrações transversais de vigas de materiais elásticos. Mais especificamente, estuda-se a existência, unicidade e comportamento assintótico de dois sistemas termoelásticos do tipo Timoshenko, um homogêneo e outro não-homogêneo. O objetivo é estabelecer condições que assegurem a estabilidade exponencial e a polinomial do semigrupo associado. Para isso, usaremos a abordagem da teoria de semigrupos de operadores lineares de classe C 0 , propriedades do conjunto resolvente e do operador resolvente do gerador infinitesimal de um C 0 - semigrupo e técnicas multiplicativas. / In this paper we study the asymptotic behavior of dissipative systems with applications to the modeling of transverse vibrations of beams of elastic materials. More specifically, the existence, uniqueness and asymptotic behavior of two thermoelastic systems of the Timoshenko type, a homogeneous and a nonhomogeneous one, are studied. The objective is to establish conditions that ensure the exponential and polynomial stability of the associated semigroup. For this, we will use the approach of semigroup theory operators linear class C 0 , resolvent set properties and resolvent operator of the infinitesimal generator of a C 0 -semigroup and technical multiplicative.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-15T11:54:12Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1761582 bytes, checksum: 7e797a75c54f45dbcc28cbeab246335d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-15T11:54:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1761582 bytes, checksum: 7e797a75c54f45dbcc28cbeab246335d (MD5) Previous issue date: 2016-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This thesis is concerned with the dynamics of Mindlin-Timoshenko system for beams and plates. We study issues relating to the asymptotic limit in relation to the parameters and decay rates. In the context of asymptotic limit, as the main result, we present a positive response to the conjecture made by Lagnese and Lions in 1988, where the Von-Kármán model is obtained as singular limit when k tends to infinity, the Mindlin-Timoshenko system. Introducing appropriate damping mechanisms (internal and boundary), we also show that the energy of solutions for the Mindlin-Timoshenko system has decay properties exponential and polynomial, with respect to the parameters. / Esta tese aborda a dinâmica do sistema de Mindlin-Timoshenko para vigas e placas. Estudamos questões relacionadas com o limite assintótico em relação aos parâmetros e as taxas de decaimento. No contexto do limite assintótico, como resultado principal, apresentamos uma resposta positiva à conjectura feita por Lagnese e Lions em 1988, onde o modelo de Von-Kármán é obtido como limite singular, quando k tende ao infinito, do sistema de Mindlin-Timoshenko. Introduzindo mecanismos de amortecimento apropriados (internos e de fronteira), também mostramos que, sob certas condições, a energia de solução do sistema de Mindlin-Timoshenko tem propriedades de decaimento exponencial e polinomial com relação aos parâmetros.

Este trabalho consiste em analisar os esforços em tabuleiros de pontes por meio de superfícies de influência. Para isto, o método dos elementos finitos (MEF) é utilizado e os resultados são comparados com os das tabelas de Rüsch. Os elementos finitos de barra, representando longarinas e transversinas, e placa, as lajes do tabuleiro, são implementados no código SIPlacas. Estes elementos finitos são formulados pelas teorias de viga Timoshenko e placa Reissner-Mindlin, respectivamente. Estes apresentam problema de travamento de força cortante (Shear Locking), que é contornado por duas propostas: o artifício matemático da integração reduzida e elementos finitos com campo assumido de deformação de força cortante (CADFC). Verifica-se que os elementos com aproximações quadráticas para os deslocamentos e com CADFC são os que melhor se adequam à proposta de análise da presente pesquisa. Tais elementos apresentam convergência de resultados considerando estruturas com baixa discretização. Os resultados analisados foram o deslocamento, momento fletor e força cortante. Posteriormente realiza-se um estudo de caso de uma ponte em viga. O tabuleiro da ponte é calculado utilizando-se as tabelas de Rüsch e o código SIPlacas. O cálculo dos esforços pelo SIPlacas é realizado de três maneiras. Na primeira consideram-se os painéis de lajes do tabuleiro isolados; na segunda o tabuleiro está sobre apoios não deslocáveis; e na terceira, o tabuleiro apresenta-se com vigas acopladas. Foi concluído que a terceira configuração, cuja representação melhor se aproxima da estrutura real de análise, apresentou os menores esforços internos. / This work aims at the analysis of bridge deck stresses through influence surfaces. The finite element method (FEM) is used and the results are compared with those of Rüsch\'s tables. The bar and plate finite elements represent stringers, cross beams and slabs bridge deck. These finite elements are implemented in the SIPlacas code and the theories of Timoshenko beam and Reissner-Mindlin plate are used to theirs formulation. The Shear Locking problem is solved by two proposals: reduced integration and definition of element with transversal shear strain assumed (TSSA). The elements with quadratic approximations for the displacements and TSSA are the best suited to the proposed analysis of this research. Such elements have convergence of results considering structures with low discretization. Displacement, bending moment and shear force were the results analyzed. Subsequently a case study on a beam bridge was carried out. The bridge deck is calculated using Rüsch\'s tables and SIPlacas code. The calculation of the internal forces by SIPlacas is performed in three ways. The first one considers the slabs isolated panels; the second, the slab deck is on a rigid support; and third, the slab deck is on deformable supports. It was concluded that the third configuration showed the lowest internal forces. This configuration is the optimum representation to the structure analysis.

A clássica teoria de Euler-Bernoulli para vibrações transversais de vigas elásticas é sabido não ser adequada para vibrações de altas freqüências, como é o caso de vibração de vigas curtas. Esta teoria assume que a deflexão deve-se somente ao momento fletor, uma vez que os efeitos da inércia de rotação e da força cortante são negligenciados. Lord Rayleigh complementou a teoria clássica demonstrando a contribuição da inércia de rotação e Timoshenko estendeu a teoria ao incluir os efeitos da força cortante. A equação resultante é conhecida como sendo a que caracteriza a chamada teoria de viga de Timoshenko. Usando-se a matriz de rigidez dinâmica, as freqüências naturais e a resposta dinâmica de estruturas de barras são determinadas e comparadas de acordo com resultados de quatro modelos de vibração. São estudados o problema de vibração flexional de vigas, pórticos e grelhas, bem como o problema de fundação elástica segundo o modelo de Winkler e também a versão mais avançada que é o modelo de Pasternak. / Classical Euler-Bernoulli theory for transverse vibrations of elastic beams is known to be inadequate to consider high frequency modes which occur for short beams, for example. This theory is derived under the assumption that the deflection is only due to bending. The effects of rotary inertia and shear deformation are ignored. Lord Rayleigh improved the classical theory by considering the effect of rotary inertia. Timoshenko extended the theory to include the effects of shear deformation. The resulting equation is known as Timoshenko beam theory. The natural frequencies and dynamic reponse of framed structures are determined by using the dynamic stiffness matrix and compered according to these theories. The flexional vibration problems of beams, plane frames and grids are analysed, as well problems of elastic foundation according the well known Winkler model and also the more general Pasternak model.

Segundo modelos teóricos disponíveis na literatura, foi desenvolvido um algoritmo, com a correspondente implementação de um código computacional, baseado no método dos elementos finitos, a ser aplicado a análises não-lineares físicas e geométricas de pórticos planos em concreto armado, nas quais são levadas em consideração as influências da tensão cisalhante e do processo de danificação do concreto associado ao nível de solicitação da estrutura. Levando-se em conta as hipóteses de Timoshenko, comprovou-se a eficiência da formulação proposta e a aproximação via método dos elementos finitos para a análise de estruturas aporticadas e para a determinação da rigidez de barras elásticas ou danificadas; o modelo é caracterizado como uma aproximação mais precisa que o modelo de Bernoulli para análise de vigas e de pórticos planos. Verificou-se que a formulação lagrangiana atualizada gera resultados bastante satisfatórios para a NLG, tanto para vigas como para pórticos planos, como ressaltado pelos exemplos e que o modelo físico proposto, baseado no modelo de dano de Mazars, apesar de muito rigoroso, leva a resultados de boa aplicabilidade prática. A combinação dos modelos de NLF e NLG, juntamente com a influência da distorção, levou a resultados muito bons. No entanto, para uma comprovação mais realista quanto a acuidade da formulação implementada, seria importante a comparação desses resultados a valores experimentais, que não foi possível nesse trabalho / Following some well-known theoretical models, a numerical algorithm for reinforced concrete frames has been developed and the corresponding computer code implemented. The numerical model was based on the finite elements method and can be applied to geometrical and physical non-linear plane frames analysis. The influences of the shear stresses are taken into account for both, linear and non-linear analyses. In the first case, the stiffness is modified according to Timoshenko’s hypothesis. For physical non-linear analysis, the stiffness is penalized on basis of a well-known damage model for which shear stresses are considered. The geometrical non-linear analysis has been introduced using an updated Lagrangean model. This accurate structural model has proved to be efficient and easily handled for practical purposes, therefore can replace safely similar codes based on Bernoulli’s hypothesis. The combination of physical and geometrical non-linearties seems to be very accurate for practical applications, but experimentations maybe required confirming the accuracy of the proposed combined model

O assunto principal deste trabalho é qualificar, quantificar e implementar o comportamento numérico de estruturas discretizadas através do método dos elementos finitos. Serão abordados apenas os elementos lineares unidimensionais dinâmicos, porém a aplicabilidade da formulação proposta pode se estender para elementos bi e tridimensionais lineares dinâmicos. Inicia-se com uma introdução ao tema. Com certo desenvolvimento matemático, pode-se isolar analiticamente a parcela relacionada ao erro numérico. Elevando a ordem do erro de truncamento, obtém-se precisão elevada na resposta numérica. Inspirado no integrador temporal de Newmark, projetam-se elementos que apresentam estabilidade incondicional para os chamados efeitos espúrios. O efeito evanescente é um fenômeno espúrio onde a onda se propaga ao longo da estrutura acompanhada de um amortecimento puramente numérico ao longo do domínio do espaço. Outro efeito analisado é a reflexão espúria. Quando dois elementos adjacentes têm comprimentos diferentes, surge uma onda de reflexão (ou duas, no caso do elemento de viga) na interface deles. Tal onda, também de origem puramente matemática, existe devido à diferença entre as massas e as rigidezes absolutas dos elementos envolvidos, independente do fato de que eles tenham as mesmas características físicas. A relação entre o incremento de tempo e o período de oscilação é convenientemente empregada como principal parâmetro para quantificar a discretização no domínio temporal. No domínio do espaço, a relação empregada é entre o comprimento do elemento e o comprimento de onda. / The main subject of this work is to qualify, quantify and implement the numerical behavior of discrete structures through the finite element method. It will be investigated only the dynamic onedimensional linear elements, but the applicability of the proposed formulation can be extended to the bi and tri-dimensional cases. It begins with an introduction to the theme. With some mathematical development, the related numerical error can be isolated analytically. Once the truncation error is isolate, a high precision numerical response is obtained. Inspired in the Newmark time integrator, unconditionally stable elements for spurious effects are idealized. The evanescent effect is a spurious phenomenon where the wave propagates along the structure subjected to a numerical damping in the spatial domain. Another effect analyzed here is the spurious wave reflection. When two adjacent elements have different lengths, a reflected wave exists (two waves for the beam element) at their interface. This wave, which meaning is purely mathematical, exists due to the difference of their absolute mass and stiffness between the finite elements involved, even when both elements have the same physical properties. The rate between the time increment and the period of oscillation is conveniently employed as the main parameter to quantify the time discretization. In the spatial domain, the used parameter is the relation between the element and the wave length.