Estudo numérico do fenómeno de vibração induzida por vórtices num cilindro com 1 grau de liberdade em OpenFoam

Esta dissertação tem o intuito de validar o código numérico OpenFoam para problemas de fenómeno de vibração induzida por desprendimento de vórtices num cilindro circular com um grau de liberdade transversal ao escoamento. Na primeira parte é simulado o escoamento em torno de um cilindro circular fixo, e na segunda parte o escoamento em torno do cilindro oscilatório. O número de Reynolds é 200 para todas as simulações e o movimento do cilindro é descrito segundo um sistema massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para o movimento do cilindro utilizou-se o solver sixDoFRigidDisplacement e para a resolução de problemas de malha móvel o solver displacementLaplacian. O código numérico utilizado para o caso do cilindro fixo foi pimpleFoam e para o caso do cilindro oscilatório o pimpleDyMFoam. As simulações foram feitas através da resolução das equações de Navier-Stokes num domínio computacional bidimensional. Na simulação do escoamento em redor do cilindro fixo, os coeficientes de arrasto e sustentação e o número de Strouhal foram calculados e comparados com resultados da literatura. Os resultados estão próximos da realidade, no entanto observa-se que a dimensão da malha é muito importante para a precisão dos mesmos. Na simulação do escoamento em torno do cilindro oscilatório foram calculados os coeficientes de arrasto e sustentação e deslocamento do cilindro, para os sistemas massa-mola e massa-mola-amortecedor. Para os dois sistemas foi apresentada e comparada a evolução destes resultados em função da velocidade reduzida e por fim foram comparados. Observa-se que o fator de amortecimento afeta as respostas do cilindro, dependo da velocidade reduzida. Os resultados obtidos em ambos os estudos foram satisfatórios e conclui-se que o código OpenFoam é uma boa ferramenta para resolver problemas com o fenómeno de vibração induzida por vórtices.

Reforço de vigas de betão armado com armaduras exteriores de FRP

A presente dissertação vem no seguimento dos estudos realizados no Departamento de Engenharia Civil da Universidade Nova de Lisboa sobre o reforço à flexão de vigas de betão armado com compósitos de CFRP (compósitos reforçados com fibras de carbono). Numa primeira fase deste trabalho foram estudadas e desenvolvidas duas novas técnicas de reforço de vigas à flexão com laminados de CFRP, às quais foram atribuídas as designações de Externally Bonded Reinforcement Anchorage (EBRA) e Horizontal Near Surface Mounted Reinforcement (HNSMR). Estes sistemas de reforço foram estudados e testados em cinco vigas de betão armado de secção transversal em T, as quais foram levadas à rotura através de ensaios à flexão tendo em conta um sistema de aplicação de carga em quatro pontos. Para diferentes historiais de carregamento (monotónicos e cíclicos) foram analisados diversos parâmetros relacionados com a capacidade de mobilização da resistência à tração dos elementos de reforço, resistência máxima dos sistemas, ductilidade dos mesmos e eficiência destes perante situações de serviço. Com isto, realizou-se um estudo comparativo entre o desempenho destes sistemas de reforço e o de duas outras técnicas já estudadas, nomeadamente, os sistemas Externally Bonded Reinforcement (EBR) e Near Surface Mounted Reinforcement (NSMR). Como complemento deste trabalho desenvolveu-se também um programa de cálculo em MATLAB, capaz de simular o problema em estudo através de um modelo numérico de análise não-linear de secções. A representatividade dos dados obtidos pelo modelo numérico foi verificada posteriormente através de uma análise comparativa entre estes e os valores experimentais obtidos.

Estudo numérico da interação de ondas com um quebra-mar poroso utilizando o código IHFOAM

A presente dissertação tem como principal objetivo a validação da ferramenta IHFOAM do código OpenFOAM para problemas de interação de ondas com estruturas costeiras porosas, concretamente a interação de ondas com o quebra-mar poente do porto de pesca de Albufeira. Numa primeira parte deste trabalho analisa-se o comportamento do código com malhas de diferentes tipos, mais especificamente, estuda-se os efeitos sobre o escoamento de uma malha não estruturada no meio poroso em relação a uma malha estruturada. Isto é de extrema importância, devido ao tempo dispensado na construção de uma malha estruturada com elementos rectangulares. É ainda estudada a dependência da simulação numérica com o modelo de turbulência. O estudo mostra que os efeitos dos diferentes tipos de malha na zona porosa influenciam pouco o escoamento, sendo aceitável o recurso a malhas não estruturadas na zona porosa, em contraste com a escolha do modelo de turbulência que se mostra muito importante para a simulação. Numa segunda parte, são calibrados os parâmetros do meio poroso usados pelo modelo numérico. Apresenta-se o método utilizado para a calibração dos parâmetros e são estudados os seus efeitos sobre o comportamento hidráulico da estrutura. O estudo é realizado com duas alturas de ondas, uma altura de onda que não gera galgamento e uma altura de onda que gera galgamento. Foram colocadas várias sondas numéricas ao longo de um canal de ondas que medem a elevação de superfície livre simulada. Para os ensaios com galgamento, mediu-se a altura da água galgada e o volume galgado, podendo-se assim estudar os efeitos dos parâmetros do meio poroso do quebra-mar sobre o galgamento. A calibração sequencial dos parâmetros mostrou-se muito eficaz, gerando resultados muito bons. Ao longo do estudo entende-se a forte dependência do comportamento hidrodinâmico da estrutura, dos parâmetros e a necessidade de os calibrar, para cada caso estudado. Conclui-se que o IHFOAM é muito interessante para o estudo numérico de interação de onda-estrutura porosa, obtendo resultados satisfatórios para a superfície livre dentro e fora do quebra-mar. O galgamento, sendo um processo muito rápido, foi razoavelmente simulado e captado pelo código.

Modelação numérica da reflexão e do espraiamento em praias e em estruturas marítimas

As preocupações de projetistas na conceção de estruturas marítimas utilizando modelos numéricos como ferramentas de dimensionamento, prendem-se com a sua fiabilidade, tempo de processamento e precisão. Assim, a calibração e validação de modelos numéricos é essencial para os tornar ferramentas úteis para o projeto de obras marítimas. A presente dissertação tem como objetivo a calibração e validação do modelo numérico AMAZON, baseado na teoria da onda em condições de águas pouco profundas, para dois casos de estudo distintos com base em dados de ensaios realizados anteriormente. O primeiro caso consiste no estudo do espraiamento numa praia barra-fossa cujas condições de batimetria, nível da água e condições de agitação marítima inseridas no AMAZON correspondem às de ensaios em modelo físico realizados à escala 1:5 na Universidade Politécnica da Catalunha, Barcelona. Como o modelo utiliza parâmetros que devem ser calibrados, na sua aplicação e exploração realizou-se um estudo de sensibilidade a esses parâmetros. Com base nos resultados do AMAZON, utilizaram-se programas desenvolvidos em MatLab para o cálculo do espraiamento e do coeficiente de reflexão e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Verificou-se que os resultados do AMAZON são bastante próximos dos valores obtidos pelos ensaios. O segundo caso consiste no estudo de uma estrutura conversora de energia das ondas do tipo coluna de água oscilante - OWC-WEC (Oscillating Water Column - Wave Energy Converter), para a qual o modelo AMAZON nunca tinha sido utilizado. Os dados introduzidos no modelo relativos ao perfil da estrutura, nível da água e condições de agitação correspondem aos dos ensaios realizados à escala 1:35 no LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil). Realizou-se um estudo de sensibilidade dos parâmetros do modelo no que respeita à elevação da superfície livre junto e no interior da câmara de água, ao fator de amplificação e ao desfasamento, e compararam-se os resultados com os obtidos nos ensaios em modelo físico. Os resultados do AMAZON constituem um incentivo para a realização e/ou análise de ensaios para diferentes profundidades, aberturas da parede vertical da câmara de água e períodos de onda incidente, que permitam calibração e validação adicionais dos parâmetros do modelo.

Avaliação da capacidade resistente de placas de ancoragem em condições drenadas

Esta dissertação tem por objetivo ser um contributo para o dimensionamento de placas de ancoragem dispostas verticalmente em solos respondendo em condições drenadas. Para tal, recorre-se a um programa de elementos fnitos que implementa os teoremas estático e cinemático da análise limite para o cálculo da carga última de uma placa de ancoragem. O documento mostra o estudo efetuado sobre a infuência dos parâmetros, quer geométricos, quer mecânicos, tanto do maciço como da placa, sobre a capacidade de carga registada. Do ponto de vista geométrico foi estudada em condições bidimensionais a infuência da profundidade relativa da colocação da placa. Em condições tridimensionais, para além deste aspeto, foi também estudada a infuência da largura da placa. Do ponto de vista mecânico estudou-se a infuência na capacidade de carga do ângulo de resistência ao corte assim como da rugosidade da placa. Os resultados deste estudo são apresentados sob a forma de fatores de arrancamento em função dos diversos parâmetros estudados. Os resultados obtidos são comparados com os resultados de carácter experimental e numérico teórico de outros autores encontrados na literatura. No final do trabalho, apresenta-se uma proposta sob forma gráfica de uma relação entre as capacidades de carga de uma placa finita e de uma placa corrida.

Estudo dos diferentes métodos de cálculo de incertezas utilizados na calibração de balanças manométricas

A exigência relativamente à exatidão e à precisão de medições na indústria, tem vindo a aumentar significativamente. Para tal, é necessário uma constante evolução dos aparelhos de medida e calibração. Por sua vez, para que haja uniformidade nas medições a nível internacional, é necessário que todos os instrumentos de calibração primários sejam calibrados recorrendo a métodos estatísticos complexos e precisos. O objetivo desta dissertação consiste em analisar métodos numéricos utilizados pelos diferentes Laboratórios Nacionais de Metrologia a nível europeu, na determinação dos valores da área efetiva à pressão nula A0, e o coeficiente de distorção com a pressão λ, que definem a área efetiva Ap do conjunto pistão/cilindro em função da pressão, na calibração de Balanças Manométricas. Balanças essas, que servem de padrão a vários instrumentos de medição. Existem várias abordagens estatísticas para determinar e estimar os valores e as respetivas incertezas destes parâmetros, com resultados que poderão divergir significativamente entre os vários métodos. Realizou-se uma comparação “EURAMET Project 1125” utilizando conjuntos de dados simulados, com o objetivo de verificar numericamente a execução dos diferentes métodos utilizados pelos vários institutos. Verificou-se que utilizando o método OLS se obtêm piores resultados, este método, aumenta no entanto a sua eficácia quando se exclui o primeiro ponto. O método WLS revelou-se suficientemente eficaz para os casos estudados. O método GLS é um método bastante mais exaustivo e conduz a valores muito exatos. Tem-se ainda, o método usado pelo PTB, que considera a existência de uma forca F e que se revela muito exato. As estimativas das áreas efetivas calculadas pelos participantes, foram coerentes com os valores teóricos. Contudo as suas incertezas diferem. Esta analise feita pelo IPQ, foi importante, de forma a melhorar e acompanhar a evolução a nível internacional na calibração das Balanças Manométricas.

Análise da vulnerabilidade sísmica do arco da Rua Augusta

Em Portugal grande parte dos edifícios históricos antigos são constituídos por alvenaria de pedra. Este género de construção é particularmente vulnerável a ações de natureza dinâmica, nomeadamente a ações sísmicas. O estudo da vulnerabilidade sísmica destes edifícios permite estimar os níveis de dano expectáveis, aquando da ocorrência de um sismo e apoiar o desenvolvimento de técnicas de reforço que permitam evitar o colapso dos mesmos. O objetivo principal do presente estudo é avaliar a vulnerabilidade sísmica do arco da rua Augusta em Lisboa, perante um evento sísmico regulamentar, utilizando um programa de cálculo comercial especializado que permite a utilização de análises dinâmicas não lineares. Numa primeira fase procedeu-se à identificação modal do arco, com recurso a ensaios de vibração ambiental. Os resultados destes ensaios de caracterização dinâmica foram utilizados para calibrar o modelo numérico, o qual foi desenvolvido no programa de cálculo Extreme Loading for Structures, baseado no Método dos Elementos Aplicados. O modelo numérico foi utilizado, numa segunda fase, para avaliar a vulnerabilidade sísmica do arco. Uma análise preliminar pushover permitiu obter a curva de capacidade da estrutura, que por sua vez, possibilita a definição os limites de um conjunto de estados de dano considerados relevantes para o arco. Subsequentes análises sísmicas não lineares e a definição de curvas de fragilidade, permitem estimar os níveis de dano prováveis para vários níveis de ação sísmica e concluir sobre a vulnerabilidade sísmica do Arco da Rua Augusta perante um cenário sísmico regulamentar.