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Estudo de técnicas de controle e aplicação a estruturas flexíveisPalacios Felix, Jorge Luis January 1997 (has links)
O objetivo deste trabalho é apresentar e descrever algumas técnicas de controle que podem ser aplicadas no estudo e simulação das vibrações de estruturas flexíveis como pontes submetidas a. excitações de cargas dinâmicas c de excitações Sísmicas. É prosposto um critério de otimização para as localizações de sensores e atuadores baseados nos conceitos gramanianos de controlabilidade e observabilidade. São investigados os desenhos de sistemas de controle para minimizar a resposta de vibração da ponte sujeita a uma carga dinâmica baseados nos conceitos de controle ótimo. É considerado o controle da resposta dinâmica da estrutura da ponte devido a uma excitação sísmica com o uso de técnicas de controle ótimo instantâneo. / The objetive of this work is to describe some control techniques that can be employed for the estudy and simulation of vibrations with flexible structures such as brigdes subject to excitations dueto dinamicalloads and seismic excitations. An optimal criterion for the location of the sensors and actuators, based on the concepts of controllability and obscrvability gramiaus is proposed. The design of control systems for minimizing the response of the vibration of a brigde subject to a dinamicalload is based on optimal control concepts. We consider the control the dynamical response of the brigde structure due to a seismic excitation by using instantaneous optimal control techniques.
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[en] THICK REINFORCED CONCRETE PLATES: COMPUTATIONAL MODEL FOR PRELIMINARY DESIGN AND DESIGN EVALUATION OF WIND TURBINE FOUNDATIONS / [pt] PLACAS ESPESSAS DE CONCRETO ARMADO: MODELO COMPUTACIONAL PARA ANTEPROJETOS E AVALIAÇÃO DE PROJETOS DE ESTRUTURAS DE FUNDAÇÕES DE GERADORES EÓLICOSMONIQUE NASCIMENTO DOS SANTOS 30 August 2017 (has links)
[pt] Nos últimos anos, o considerável crescimento da demanda por outras fontes de energia justifica os investimentos realizados na construção de parques eólicos, pois a energia eólica tem se mostrado como a que traz o menor impacto ao meio ambiente. A energia eólica é gerada a partir da ação do vento, uma fonte de energia renovável, totalmente limpa e inesgotável. As torres eólicas são construídas em grandes parques com uma distância definida entre elas. Quanto mais altas são as torres eólicas, melhor é o desempenho delas, visto que temos o aproveitamento máximo do vento, sendo mais forte e menos turbulento em grandes alturas. Os materiais utilizados na fabricação das torres eólicas são basicamente o aço, o concreto armado e o concreto protendido. As torres na maioria dos casos, têm seção circular ou anular. No entanto, devemos atentar de maneira especial para a fundação da torre eólica, que deverá ser dimensionada e detalhada a fim de garantir a integridade da estrutura como um todo. Neste contexto, este trabalho tem como objetivo apresentar os cálculos necessários para projetos preliminares e a verificação do dimensionamento da estrutura de fundação de geradores eólicos. Anteprojetos e projetos estruturais foram revisados e avaliados para a obtenção de um maior conhecimento sobre o funcionamento de tais elementos estruturais. Uma planilha foi criada a partir do programa Excel, na qual se efetuam os cálculos da respectiva fundação por meio de soluções analíticas. Para efeitos de comprovação da veracidade da planilha, alguns exemplos serão apresentados e calculados a partir da planilha criada, assim como verificados e comparados com a mesma através da modelagem da fundação em questão em programa de análise em elementos finitos. Aspectos de estabilidade e dinâmica de placas circulares também são discutidos. / [en] In recent years, considerable growth in demand for alternative energy sources justifies the investments made in the construction of wind farms, since wind energy appears to bring the least impact on the environment. Wind energy is generated from wind action, a source of renewable energy, totally clean and inexhaustible. Wind towers are built in huge parks with a defined distance between them. The higher the wind towers are, the better their performance, since we have the maximum use of the wind which is stronger and less turbulent at great heights. The materials used in the manufacture of wind towers are basically steel, reinforced concrete and prestressed concrete. The towers are usuallyin most cases, with circular or annular section. However, we should pay attention in a special way on the foundation of the wind tower, which should be designed and detailed to ensure the integrity of the structure as a whole. In this context, this dissertation aims to present the calculations required for the preliminary design or design verification of the foundation of wind turbines. Preliminary design and design evaluations were reviewed and evaluated to obtain a better understanding of the functioning of such structural elements. A spreadsheet was created using the Excel program, which performs the calculations of its foundation through analytical solutions. For the purpose of proving the accuracy of the worksheet results, some examples are presented and calculated from the created spreadsheet, and checked and compared to results obtained from an independent finite element analysis program. Stability and dynamics aspects of circular plates are also discussed.
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[en] ANALYSIS OF THE COMPUTATIONAL COST OF THE MONTE CARLO METHOD: A STOCHASTIC APPROACH APPLIED TO A VIBRATION PROBLEM WITH STICK-SLIP / [pt] ANÁLISE DO CUSTO COMPUTACIONAL DO MÉTODO DE MONTE CARLO: UMA ABORDAGEM ESTOCÁSTICA APLICADA A UM PROBLEMA DE VIBRAÇÕES COM STICK-SLIPMARIANA GOMES DIAS DOS SANTOS 20 June 2023 (has links)
[pt] Um dos objetivos desta tese é analisar o custo computacional do
método de Monte Carlo aplicado a um problema modelo de dinâmica,
considerando incertezas na força de atrito. O sistema mecânico a ser
estudado é composto por um oscilador de um grau de liberdade que se
desloca sobre uma esteira em movimento. Considera-se a existência de atrito
seco entre a massa do oscilador e a esteira. Devido a uma descontinuidade
na força de atrito, a dinâmica resultante pode ser dividida em duas fases
que se alternam, chamadas de stick e slip. Neste estudo, um parâmetro
da força de atrito dinâmica é modelado como uma variável aleatória. A
propagação de incerteza é estudada por meio da aplicação do método
de Monte Carlo, considerando três abordagens diferentes para calcular
aproximações da resposta dos problemas de valor inicial que modelam a
dinâmica do problema: NV) aproximações numéricas calculadas usando
método de Runge-Kutta de quarta e quinta ordens com passo de integração variável;
NF) aproximações numéricas calculadas usando método de Runge-Kutta de
quarta ordem com passo de integração fixo; AN) aproximação analítica obtida
com o método de múltiplas escalas. Nas abordagens NV e NF, para cada
valor de parâmetro, uma aproximação numérica foi calculada. Já para a AN,
apenas uma aproximação analítica foi calculada e avaliada para os diferentes
valores usados. Entre as variáveis aleatórias de interesse associadas ao
custo computacional do método de Monte Carlo, encontram-se o tempo de
execução e o espaço em disco consumido. Devido à propagação de incertezas,
a resposta do sistema é um processo estocástico com uma sequência aleatória
de fases de stick e slip. Essa sequência pode ser caracterizada pelas seguintes
variáveis aleatórias: instantes de transição entre as fases de stick e slip,
suas durações e o número de fases. Para estudar as variáveis associadas ao
custo computacional e ao processo estocástico foram construídos modelos
estatísticos, histogramas normalizados e gráficos de dispersão. O objetivo é
estudar a dependência entre as variáveis do processo estocástico e o custo
computacional. Porém, a construção destas análises não é simples devido à
dimensão do problema e à impossibilidade de visualização das distribuições
conjuntas de vetores aleatórios de três ou mais dimensões. / [en] One of the objectives of this thesis is to analyze the computational
cost of the Monte Carlo method applied to a toy problem concerning
the dynamics of a mechanical system with uncertainties in the friction
force. The system is composed by an oscillator placed over a moving
belt. The existence of dry friction between the two elements in contact
is considered. Due to a discontinuity in the frictional force, the resulting
dynamics can be divided into two alternating phases, called stick and slip.
In this study, a parameter of the dynamic friction force is modeled as
a random variable. Uncertainty propagation is analyzed by applying the
Monte Carlo method, considering three different strategies to compute
approximations to the initial value problems that model the system s
dynamics: NV) numerical approximations computed with the Runge-Kutta
method of 4th and 5th orders, with variable integration time-step; NF)
numerical approximations computed with the Runge-Kutta method of 4th
order, with a fixed integration time-step; AN) analytical approximation
obtained with the multiple scale method. In the NV and NF strategies, for
each parameter value, a numerical approximation was calculated, whereas
for the AN strategy, only one analytical approximation was calculated and
evaluated for the different values of parameters considered. The run-time
and the storage are among the random variables of interest associated with
the computational cost of the Monte Carlo method. Due to uncertainty
propagation, the system response is a stochastic process given by a random
sequence of stick and slip phases. This sequence can be characterized by the
following random variables: the transition instants between the stick and
slip phases, their durations and the number of phases. To study the random
processes and the variables related to the computational costs, statistical
models, normalized histograms and scatterplots were built. Afterwards, a
joint analysis was performed to study the dependece between the variables of
the random process and the computational cost. However, the construction
of these analyses is not a simple task due to the impossibility of viewing
the distributionto of joint distributions of random vectors of three or more.
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[en] COSSERAT RODS AND THEIR APPLICATION TO DRILL-STRING DYNAMICS / [es] ESTRUCTURAS UNIDIMENSIONALES DE COSSERAT APLICADAS A LA DINÁMICA DE COLUMNAS DE PERFORACIÓN / [pt] ESTRUTURAS UNIDIMENSIONAIS DE COSSERAT APLICADAS À DINÂMICA DE COLUNAS DE PERFURAÇÃOHECTOR EDUARDO GOICOECHEA MANUEL 13 June 2023 (has links)
[pt] Nesta tese, a teoria das hastes de Cosserat é revisitada e aplicada à
dinâmica de coluna de perfuração. O objetivo é estudar o comportamento
dessas estruturas dentro de poços de petróleo curvos. Para atingir este objetivo,
um modelo estrutural determinístico é construído onde as tubos de perfuração
(drill-pipes) e o conjunto de fundo (bottom hole assembly) são considerados
como uma estrutura unidimensional de Cosserat. Em seguida, é desenvolvida
uma estratégia para tratar o contato lateral em poços com configuração
curvilínea. Depois disso, o problema de contorno livre é tratado mediante
uma estratégia que considera como a condição de borda evolui à medida que
a estrutura de perfuração avança. Isto é feito mediante uma formulação de
interação broca-rocha que deve considerar a dinâmica de corte. Para isso, uma
equação extra, de advecção, é resolvida junto com as equações de movimento
de Cosserat. Em seguida, alguns casos de aplicação são apresentados. Numa
primeira instancia, alguns elementos do problema são avaliados separadamente.
Seguidamente, eles são integrados e analisados de forma conjunta. Por exemplo,
primeiramente uma coluna de perfuração sem contato de fundo (off-bottom)
é simulada, ou seja, sem contato broca-rocha, para estudar o comportamento
e a implementação da estratégia para o contato lateral. Aqui também são
calibrados alguns dos parâmetros do modelo de atrito. Em seguida, a estratégia
para contabilizar o corte na rocha é implementada em um modelo 2-DOF de
baixa dimensão e em um semi-discreto onde a dinâmica de torção é modelada
como uma equação de onda. Os resultados mostram que o uso de abordagens
contínuas resulta mais apropriade que aquelas onde se utilizam modelos de
baixa dimensãom, particularmente quando são consideradas colunas longas,
e quando há interesse em analisar não apenas o comportamento da broca,
mas também o comportamento do sistema mecânico ao longo dos tubos de
perfuração. Isso é reforçado por outro exemplo onde a dinâmica de corte
é combinada com a formulação de Cosserat. Observações semelhantes do
ponto de vista qualitativo são encontradas. Resumindo os resultados obtidos,
as diferenças nas previsões dadas pelos modelos de baixa dimensão e o
de unidimensional de Cosserat justificam o desenvolvimento e aplicação da
abordagem com esta formulação em estruturas de perfuração. Finalmente, a
modo de introduzir outro aspecto importante em colunas de perfuração e que
pode ser uma linha de pesquisa para continuar o trabalho, a variabilidades
presente em elementos como rocha, inclui-se um caso de aplicação considerando
um poço horizontal e um campo estocástico de atrito. / [en] In this thesis, the theory of Cosserat rods is applied to the dynamics of
drill-strings. The main objective is to evaluate the behaviour of these strings
when they move within curved wells. To achieve this goal, a deterministic
structural model is constructed, where the drill-pipes and the bottom hole
assembly are taken as a Cosserat rod. Next, a strategy to deal with the
lateral contact in curved well configurations is developed. After that, the free
boundary problem is assessed: while drilling, the boundary changes due to
cutting, modifying the position of the soil and, consequently, changing the bit-rock interaction forces. For this reason, a bit-rock model that can account for
the cutting dynamics is adopted, in which an extra advection equation is solved
together with the equations of motion of the Cosserat rod. Next, application
cases are provided. First, some effects included in the model are tested in
isolation, such as the lateral friction, the lateral contact, and the cutting.
After that, they are all combined. In the first analysis, an off-bottom string is
simulated, i.e. without contact at the bit. This allows testing the formulation
associated with the lateral contact. Also, the calibration of the lateral friction
parameters is made. Following that, the strategy to account for the cutting
at the bit is implemented in a low-dimensional 2-DOF model, and in a semi-discrete model with a continuous wave equation for the torsional dynamics.
The results show that the use of continuous approaches is more appropriate
than low-dimensional models. Especially when long columns are considered,
and when there is interest in understanding not only the behaviour at the bit
but also along drill-pipes. This finding is reinforced by another application
where the cutting dynamics are combined with the Cosserat rod formulation.
Again, similar observations from a qualitative point of view are found. Overall,
the differences in the results between the lumped low-dimensional models and
the continuous Cosserat rod justify the development and application of the
Cosserat approach to drilling structures. Finally, an introductory stochastic
analysis concerning the variability of the rock is presented as an introduction
to a future line of research, where stochasticity is included. / [es] En esta tesis, la teoria de Cosserat para elementos unidimensionales es
revisitada y aplicada a la simulación de columnas de perforación. El objetivo
es estudiar el comportamiento de estas estructuras en pozos de geometría
curva. Para alcanzar este objetivo se construye un modelo determinístico.
En este modelo, los caños de perforación (drill-pipes) y el conjunto de fondo
(bottom hole assembly) son modelados como una estructura unidimensional de
Cosserat. Seguidamente, una estrategia para tratar con el contacto lateral en
pozos curvos es desarrollada. Luego, el problema de frontera libre es estudiado:
durante la perforación, la condición de borde cambia debido al cambio del perfil
altimétrico del terreno, alterando su posición y consecuentemente las fuerzas
asociadas a la interacción broca-roca. Por esta razón, se decide utilizar un
modelo de interacción broca-roca que tiene en cuenta la dinámica del corte.
En este abordaje una ecuación extra, la ecuación de advección, es resuelta en
forma acoplada con las ecuaciones del movimiento de la estructura de Cosserat.
Algunos ejemplos de aplicación son presentados. En una primera instancia,
algunos de los elementos del problema son estudiados en forma aislada. Luego
combinados en un modelo completo. Por ejemplo, el caso de una columna sin
contacto de fondo (off-bottom) es tratado para evaluar el comportamiento y la
implementación de la estrategia mencionada para detectar el contacto lateral.
Además, se efectúa la calibración de alguno de los parámetros relacionados
con la fricción lateral. Luego, la estrategia para considerar el corte en la punta
es implementada en un modelo de 2-DOF, y en otro semi-discreto donde se
considera un modelo de ecuación de onda para la dinámica torsional. Los
resultados muestran que el uso de formulaciones continuas es más apropiado
que aquellas formulaciones donde se utilizan modelos de dimensiones reducidas,
particularmente cuando se estudia columnas largas donde el interés se centra
en entender no solo el comportamiento de la broca sino también a lo largo de
la tubería. Este resultado es reforzado por otro caso de aplicación en donde
se combina la dinámica de corte con un modelo de Cosserat. Observaciones
similares son vistas en el comportamiento cualitativo de la solución. En
resumen, las diferencias observadas en los diferentes ejemplos de aplicación
entre los modelos de dimensiones reducidas y el modelo continuo de Cosserat
justifican el desarrollo y la aplicación de la teoría de Cosserat a estructuras de
perforación. Finalmente, dado que uno de los objetivos planteados también es
considerar la variabilidad en algunos elementos como ser las propiedades de la
roca, un caso de aplicación considerando un pozo horizontal es mostrado.
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