Um modelo constitutivo de dano composto para simular o comportamento de materiais quase-frágeis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Método numérico-analítico generalizado para estimação do campo eletromagnético de linhas de transmissão de energia elétrica utilizando a teoria dos elementos finitos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise termoelástica experimental e computacional por elementos finitos da parede externa em concreto armado de um forno de cozimento de anodo

Nesta dissertação foi desenvolvido um estudo sobre o comportamento de uma estrutura em concreto armado submetida a elevadas variações térmicas. A estrutura analisada consiste na parede externa de um forno de cozimento de anodo utilizado na produção de Alumínio, e está submetida a variações térmicas de cerca de 125C devido à própria operação do forno. As motivações principais para o estudo foram a ocorrência de grandes deformações e o surgimento de fissuras na estrutura, o que poderia provocar a inutilização do forno. O objetivo do trabalho foi a investigação das causas destas patologias, assim como o estabelecimento de propostas para reforço da estrutura. Para isso, foram realizados estudos experimentais e computacionais do comportamento da estrutura. Inicialmente, a estrutura foi monitorada utilizando-se transdutores de deslocamento e sensores de temperatura (termopares), conectados a um sistema de aquisição de dados para obtenção e armazenamento automática das amostras ao longo do tempo. Em seguida, foram desenvolvidos modelos computacionais em Elementos Finitos com auxilio do programa computacional Algor, para determinação da distribuição de temperatura e as correspondentes tensões e deformações de origem térmica na estrutura. Nestes estudos, foram realizadas análises estacionárias e transientes de condução de calor, seguidas de análises de tensões de origem térmica. Como conclusão do estudo, tem-se que a metodologia proposta para a solução do problema foi bastante satisfatória, solucionando o problema de forma precisa, porém econômica.

Análise experimental de lajes lisas unidirecionais de concreto armado ao puncionamento simétrico ou assimétrico

O puncionamento é normalmente uma situação crítica no projeto de lajes lisas de concreto armado. Segundo várias normas de projeto, o puncionamento se desenvolve de maneira ainda mais desfavorável nos casos onde o carregamento atua de forma assimétrica, graças a momentos desbalanceados na ligação laje-pilar. Visando avaliar as recomendações normativas para estas situações, foram ensaiadas 12 lajes lisas unidirecionais de concreto armado ( c f ' entre 36 e 58 MPa) submetidas a puncionamento simétrico ou assimétrico. As lajes apresentavam dimensões de (1.800 x 1.800 x 110) mm com carregamento sendo aplicado através de uma chapa metálica simulando um pilar quadrado com (85 x 85 x 50) mm. O trabalho teve como variáveis, além da posição de carregamento, a taxa de armadura na direção transversal, objetivando avaliar a influência destas armaduras na resistência última ao puncionamento de lajes lisas unidirecionais. São apresentados e analisados os resultados dos deslocamentos verticais, deformações na superfície de concreto e nas armaduras de flexão, mapas de fissuração, cargas últimas e modos de ruptura observados. Apresentam-se ainda os resultados da avaliação das recomendações de 6 normas de projeto, sendo 3 européias e 1 norte americana, além das versões de 1978 e 2003 da norma brasileira para projeto de estruturas de concreto. Foi realizada também uma análise numérica utilizando o Método dos Elementos Finitos para idealizar o comportamento das lajes, comparando-se os resultados desta análise elástica com aqueles verificados experimentalmente. Os resultados indicaram que, ao contrário do que as normas prescrevem, a resistência ao puncionamento não diminui de forma linear com o aumento da excentricidade do carregamento, com a flexão influenciando significativamente na resistência última ao puncionamento. Os resultados indicam também que, mesmo em lajes unidirecionais, a taxa de armadura transversal apresenta influência significativa na distribuição dos esforços na laje, interferindo na resistência à punção.

Simulação de perfis nucleares de poço em formações complexas

A identificação e descrição dos caracteres litológicos de uma formação são indispensáveis à avaliação de formações complexas. Com este objetivo, tem sido sistematicamente usada a combinação de ferramentas nucleares em poços não-revestidos. Os perfis resultantes podem ser considerados como a interação entre duas fases distintas: • Fase de transporte da radiação desde a fonte até um ou mais detectores, através da formação. • Fase de detecção, que consiste na coleção da radiação, sua transformação em pulsos de corrente e, finalmente, na distribuição espectral destes pulsos. Visto que a presença do detector não afeta fortemente o resultado do transporte da radiação, cada fase pode ser simulada independentemente uma da outra, o que permite introduzir um novo tipo de modelamento que desacopla as duas fases. Neste trabalho, a resposta final é simulada combinando soluções numéricas do transporte com uma biblioteca de funções resposta do detector, para diferentes energias incidentes e para cada arranjo específico de fontes e detectores. O transporte da radiação é calculado através do algoritmo de elementos finitos (FEM), na forma de fluxo escalar 2½-D, proveniente da solução numérica da aproximação de difusão para multigrupos da equação de transporte de Boltzmann, no espaço de fase, dita aproximação P₁, onde a variável direção é expandida em termos dos polinômios ortogonais de Legendre. Isto determina a redução da dimensionalidade do problema, tornando-o mais compatível com o algoritmo FEM, onde o fluxo dependa exclusivamente da variável espacial e das propriedades físicas da formação. A função resposta do detector NaI(Tl) é obtida independentemente pelo método Monte Carlo (MC) em que a reconstrução da vida de uma partícula dentro do cristal cintilador é feita simulando, interação por interação, a posição, direção e energia das diferentes partículas, com a ajuda de números aleatórios aos quais estão associados leis de probabilidades adequadas. Os possíveis tipos de interação (Rayleigh, Efeito fotoelétrico, Compton e Produção de pares) são determinados similarmente. Completa-se a simulação quando as funções resposta do detector são convolvidas com o fluxo escalar, produzindo como resposta final, o espectro de altura de pulso do sistema modelado. Neste espectro serão selecionados conjuntos de canais denominados janelas de detecção. As taxas de contagens em cada janela apresentam dependências diferenciadas sobre a densidade eletrônica e a fitologia. Isto permite utilizar a combinação dessas janelas na determinação da densidade e do fator de absorção fotoelétrico das formações. De acordo com a metodologia desenvolvida, os perfis, tanto em modelos de camadas espessas quanto finas, puderam ser simulados. O desempenho do método foi testado em formações complexas, principalmente naquelas em que a presença de minerais de argila, feldspato e mica, produziram efeitos consideráveis capazes de perturbar a resposta final das ferramentas. Os resultados mostraram que as formações com densidade entre 1.8 e 4.0 g/cm³ e fatores de absorção fotoelétrico no intervalo de 1.5 a 5 barns/e^-, tiveram seus caracteres físicos e litológicos perfeitamente identificados. As concentrações de Potássio, Urânio e Tório, puderam ser obtidas com a introdução de um novo sistema de calibração, capaz de corrigir os efeitos devidos à influência de altas variâncias e de correlações negativas, observadas principalmente no cálculo das concentrações em massa de Urânio e Potássio. Na simulação da resposta da sonda CNL, utilizando o algoritmo de regressão polinomial de Tittle, foi verificado que, devido à resolução vertical limitada por ela apresentada, as camadas com espessuras inferiores ao espaçamento fonte - detector mais distante tiveram os valores de porosidade aparente medidos erroneamente. Isto deve-se ao fato do algoritmo de Tittle aplicar-se exclusivamente a camadas espessas. Em virtude desse erro, foi desenvolvido um método que leva em conta um fator de contribuição determinado pela área relativa de cada camada dentro da zona de máxima informação. Assim, a porosidade de cada ponto em subsuperfície pôde ser determinada convolvendo estes fatores com os índices de porosidade locais, porém supondo cada camada suficientemente espessa a fim de adequar-se ao algoritmo de Tittle. Por fim, as limitações adicionais impostas pela presença de minerais perturbadores, foram resolvidas supondo a formação como que composta por um mineral base totalmente saturada com água, sendo os componentes restantes considerados perturbações sobre este caso base. Estes resultados permitem calcular perfis sintéticos de poço, que poderão ser utilizados em esquemas de inversão com o objetivo de obter uma avaliação quantitativa mais detalhada de formações complexas.

Aplicação dos métodos eletromagnéticos VLF e HLEM na prospecção hidrogeológica no município de São Domingos do Araguaia-PA

Inserido no convênio de cooperação firmado entre a Fundação Nacional de Saúde e a Universidade Federal do Pará, através do Departamento de Geofísica e do Curso de Pós-Graduação em Geofísica, este trabalho tem como objetivo o mapeamento geológico com a aplicação dos métodos eletromagnéticos VLF e HLEM, visando o estudo hidrogeológico do Município de São Domingos do Araguaia no Sudeste do Estado do Pará. Também, estudamos o desempenho quantitativo do método VLF, no que diz respeito a prospecção de água subterrânea. Primeiramente, analisamos a resposta VLF, através dos parâmetros da elipse de polarização (inclinação e elipsidade), de diferentes situações geológicas possíveis de serem encontradas no local de estudo e voltadas a hidrogeologia. Também, avaliamos a influência que os parâmetro físicos do modelo exercem na anomalia, utilizando para estas finalidades modelagem numérica por elemento finito. A análise quantitativa foi realizada através de ajuste, por tentativa e erro, com curvas teóricas obtidas da simulação de modelos idealizados na interpretação qualitativa, a qual fizemos com o auxilio da técnica de filtragem de Fraser e com perfís do método HLEM. Os resultados mostraram a existência de feições estruturais de "trends" N-S e NE-SW, que correlacionadas à geologia regional são falhas normais e de transferências, respectivamente. Com base nesses resultados, foram selecionados alguns locais com maiores probabilidades de sucesso na captação de água subterrânea através de poços.

Os efeitos Delaware e Groningen: um estudo quantitativo por elementos finitos

Os efeitos Delaware e Groningen são dois tipos de anomalia que afetam ferramentas de eletrodos para perfilagem de resistividade. Ambos os efeitos ocorrem quando há uma camada muito resistiva, como anidrita ou halita, acima do(s) reservatório(s), produzindo um gradiente de resistividade muito similar ao produzido por um contato óleo-água. Os erros de interpretação produzidos têm ocasionado prejuízos consideráveis à indústria de petróleo. A PETROBRÁS, em particular, tem enfrentado problemas ocasionados pelo efeito Groningen sobre perfis obtidos em bacias paleozóicas da região norte do Brasil. Neste trabalho adaptamos, com avanços, uma metodologia desenvolvida por LOVELL (1990), baseada na equação de Helmholtz para H_Φ, para modelagem dos efeitos Delaware e Groningen. Solucionamos esta equação por elementos finitos triangulares e retangulares. O sistema linear gerado pelo método de elementos finitos é resolvido por gradiente bi-conjugado pré-condicionado, sendo este pré-condicionador obtido por decomposição LU (Low Up) da matriz de stiffness. As voltagens são calculadas por um algoritmo, mais preciso, recentemente desenvolvido. Os perfis são gerados por um novo algoritmo envolvendo uma sucessiva troca de resistividade de subdomínios. Este procedimento permite obter cada nova matriz de stiffness a partir da anterior pelo cálculo, muito mais rápido, da variação dessa matriz. Este método permite ainda, acelerar a solução iterativa pelo uso da solução na posição anterior da ferramenta. Finalmente geramos perfis sintéticos afetados por cada um dos efeitos para um modelo da ferramenta Dual Laterolog.

Migração usando equação da onda unidirecional de abertura arbitrária

Neste trabalho avaliamos uma classe de operadores de continuação de campos de onda, baseados em equações unidirecionais e com aplicação direta à migração sísmica. O método de representação de equações de onda unidirecionais, desenvolvido neste trabalho, é válido para abertura angular arbitrária, baseia-se no conceito de rigidez de um semiespaço, na transformação Dirichlet-Neumann e em sua discretização por elementos finitos. O método de construção dos operadores de continuação requer a introdução de variáveis auxiliares cujo número cresce em função da maior abertura angular desejada para o operador. Efetuamos a implementação no domínio do espaço e da frequência o que permite sua imediata paralelização. Baseados em experimentos numéricos, que avaliam a relação de dispersão e a resposta ao impulso do operador, propomos prescrições que permitem especificar o número de variáveis auxiliares e o passo de continuação para o operador de migração. A aplicação do algoritmo nos dados do modelo de domo salino da SEG-EAGE demonstra a capacidade do algoritmo em migrar refletores com forte mergulho em meios com forte variação lateral de velocidade.

A local-global scheme for tracking crack path in three-dimensional solids

This paper aims to contribute to the three-dimensional generalization of numerical prediction of crack propagation through the formulation of finite elements with embedded discontinuities. The analysis of crack propagation in two-dimensional problems yields lines of discontinuity that can be tracked in a relatively simple way through the sequential construction of straight line segments oriented according to the direction of failure within each finite element in the solid. In three-dimensional analysis, the construction of the discontinuity path is more complex because it requires the creation of plane surfaces within each element, which must be continuous between the elements. In the method proposed by Chaves (2003) the crack is determined by solving a problem analogous to the heat conduction problem, established from local failure orientations, based on the stress state of the mechanical problem. To minimize the computational effort, in this paper a new strategy is proposed whereby the analysis for tracking the discontinuity path is restricted to the domain formed by some elements near the crack surface that develops along the loading process. The proposed methodology is validated by performing three-dimensional analyses of basic problems of experimental fractures and comparing their results with those reported in the literature.

Análise da falha do suporte de mancal de um eixo cardan utilizado num veículo pesado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Contribuições na modelagem dinâmica e no controle neural de um braço robótico com elos flexíveis

Em geral, estruturas espaciais e manipuladores robóticos leves têm uma característica similar e inerente que é a flexibilidade. Esta característica torna a dinâmica do sistema muito mais complexa e com maiores dificuldades para a análise de estabilidade e controle. Então, braços robóticos bastantes leves, com velocidade elevada e potencia limitada devem considerar o controle de vibração causada pela flexibilidade. Por este motivo, uma estratégia de controle é desejada não somente para o controle do modo rígido mas também que seja capaz de controlar os modos de vibração do braço robótico flexível. Também, redes neurais artificiais (RNA) são identificadas como uma subespecialidade de inteligência artificial. Constituem atualmente uma teoria para o estudo de fenômenos complexos e representam uma nova ferramenta na tecnologia de processamento de informação, por possuírem características como processamento paralelo, capacidade de aprendizagem, mapeamento não-linear e capacidade de generalização. Assim, neste estudo utilizam-se RNA na identificação e controle do braço robótico com elos flexíveis. Esta tese apresenta a modelagem dinâmica de braços robóticos com elos flexíveis, 1D no plano horizontal e 2D no plano vertical com ação da gravidade, respectivamente. Modelos dinâmicos reduzidos são obtidos pelo formalismo de Newton-Euler, e utiliza-se o método dos elementos finitos (MEF) na discretização dos deslocamentos elásticos baseado na teoria elementar da viga. Além disso, duas estratégias de controle têm sido desenvolvidas com a finalidade de eliminar as vibrações devido à flexibilidade do braço robótico com elos flexíveis. Primeiro, utilizase um controlador neural feedforward (NFF) na obtenção da dinâmica inversa do braço robótico flexível e o calculo do torque da junta. E segundo, para obter precisão no posicionamento... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

A smooth evolutionary structural optimization procedure applied to plane stress problem

Topological optimization problems based on stress criteria are solved using two techniques in this paper. The first technique is the conventional Evolutionary Structural Optimization (ESO), which is known as hard kill, because the material is discretely removed; that is, the elements under low stress that are being inefficiently utilized have their constitutive matrix has suddenly reduced. The second technique, proposed in a previous paper, is a variant of the ESO procedure and is called Smooth ESO (SESO), which is based on the philosophy that if an element is not really necessary for the structure, its contribution to the structural stiffness will gradually diminish until it no longer influences the structure; its removal is thus performed smoothly. This procedure is known as "soft-kill"; that is, not all of the elements removed from the structure using the ESO criterion are discarded. Thus, the elements returned to the structure must provide a good conditioning system that will be resolved in the next iteration, and they are considered important to the optimization process. To evaluate elasticity problems numerically, finite element analysis is applied, but instead of using conventional quadrilateral finite elements, a plane-stress triangular finite element was implemented with high-order modes for solving complex geometric problems. A number of typical examples demonstrate that the proposed approach is effective for solving problems of bi-dimensional elasticity. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Estudo do fenômeno de instabilidade de estruturas cilíndricas de paredes finas submetidas ao carregamento de pressão externa

Thin walled cylindrical shells are widely used in many areas of industry, including civil, mechanical, nuclear, marine, petroleum and aerospace engineering. The wide application of thin cylindrical shells and the importance of instability phenomenon are the motivation basis to this study, since these factors have a great importance in engineering projects. It is presented a detailed study about the instability of cylindrical shells based on theoretical calculation, which results are compared with finite elements method calculation. The loading and boundary conditions analyzed are based on the most common types verified in real engineering projects and refer respectively to lateral (external) pressure and cylinders with simply supported edges. The calculation based on the finite elements method was executed with ANSYS 13.0 software. The results obtained with this calculation are in good agreement with the analytical theory presented in the technical note NACA No 1341 (BATDORF, 1947) considering a wide range of applicability. On the other hand, the analytical method presented in the book Theory of Elastic Stability (TIMOSHENKO; GERE, 1936) has a very restrict applicability and has presented considerable deviations in a great sort of the analyzed cases

Projeto de conjunto redutor de velocidade utilizando engrenagem sem-fim

This work is initially based in give a solution to a problem consisting of lifting a load in a warehouse focusing specifically on the solution´s project and comparison of the results obtained following the sequence of the book and comparing these results with the finite elements simulation based on the 3D components modeling. Starting from that was realized the project of the worm gear reducer to solve the problem and makes the work easier. The project consisted basically of the study, project itself and simulation by software of a worm gear reducer and projects steps, starting with the initial problem conditions (to lifting a load up to an specific height at a given time) following all the reducer project sequence, starting by the preliminary draft and electric motor selection using iterative process, material selection, worm gear dimensioning, axles, keyways, bearings and coupling. After that was performed the three dimensional modeling of the components using SolidWorks software and simulating these components using Ansys software. The results show the importance of the CAD in terms of improving project development speed and reducing costs with prototypes

Análise de falhas por fadiga de alto ciclo em eixos de transmissão utilizando o método dos elementos finitos

This work presents a study that aims to validate the fatigue analyses developed on finite element commercial software, ANSYS Workbench. It was based on mechanical tests development of traction and hardness, to verify the mechanical properties of material that the shaft was manufactured (ABNT 1045 steel), it was developed bend test, with purpose to prove the confiability degree of computational analyses, obtaining the maximum stress in a work condition determined with 40 [kgf] of load applied, and at the end, was developed the fatigue test to obtain the number of cycles that the transmission shaft can support in a work condition with 8 [kgf] of load applied. The results obtained during the work present, have to be quite satisfactory with the theoretically expected