Identificação de danos em estruturas bi-dimensionais via matriz de flexibilidade baseado em um modelo de dano contínuo

No presente trabalho, o modelo de identificação de danos apresentado por Stutz et al. (2005) é utilizado. A contribuição do presente trabalho consiste em avaliar alguns pontos da identificação de danos em vigas e, em seguida, expandir o modelo para identificar danos estruturais em placas. Uma avaliação do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, na presença de danos simulados pelo parâmetro de coesão é realizada. Essa análise, permite também o conhecimento das regiões onde há maior sensibilidade ao dano, ajudando a traçar estratégias para melhorar a identificação de danos em regiões que sofrem poucas alterações na presença de falhas estruturais. Comparou-se o comportamento dos dois primeiros modos de vibração da viga simplesmente apoiada na presença de um dano estrutural, com os dois primeiros modos de vibração da estrutura intacta e corrompidos por ruído. Diversos métodos de localização de danos e de otimização são avaliados na tentativa de identificar os danos simulados através do campo de danos proposto por Stutz et al. (2005) na presença de dados ruidosos. Após a apresentação de resultados da identificação de danos obtidos para uma viga de Euler-Bernoulli simplesmente apoiada, uma análise do comportamento das frequências naturais e da matriz de flexibilidade de uma viga de Euler- Bernoulli engastada na presença de danos é apresentada, assim como os resultados de identificação de danos considerando-se diversos cenários e níveis de ruído. Uma importante contribuição do presente trabalho consiste em propor um método de identificação de danos via matriz de flexibilidade onde o campo de defeitos para a placa de Kirchoff é modelado via MEF. Uma análise do comportamento da matriz de flexibilidade devido à presença de danos na placa é apresentada, assim como os resultados numéricos da identificação de danos estruturais com e sem a presença de dados ruidosos. Com a finalidade de reduzir o custo computacional na identificação de danos em estruturas complexas, uma hibridização entre o método de otimização por enxame de particulas (PSO, do inglês, Particle Swarm Optimization) e o método de otimização Levenberg-Marquardt é proposta. Resultados numéricos da hibridização para uma estrutura do tipo placa são apresentados.

Análise dinâmica e controle de vibrações de passarelas de pedestres submetidas ao caminhar humano.

Passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) e de aço são frequentemente submetidas a ações dinâmicas de magnitude variável, devido à travessia de pedestres sobre a laje de concreto. Estas ações dinâmicas podem produzir vibrações excessivas e dependendo de sua magnitude e intensidade, estes efeitos adversos podem comprometer a confiabilidade e a resposta do sistema estrutural e, também, podem levar a uma redução da expectativa de vida útil da passarela. Por outro lado, a experiência e o conhecimento dos engenheiros estruturais em conjunto com o uso de novos materiais e tecnologias construtivas têm produzido projetos de passarelas mistas (aço-concreto) bastante arrojados. Uma consequência direta desta tendência de projeto é um aumento considerável das vibrações estruturais. Com base neste cenário, esta dissertação visa investigar o comportamento dinâmico de três passarelas de pedestres mistas (aço-concreto) localizadas no Rio de Janeiro, submetidas ao caminhar humano. Estes sistemas estruturais são constituídos por uma estrutura principal de aço e laje em concreto e são destinados à travessia de pedestres. Deste modo, foram desenvolvidos modelos numérico-computacionais, adotando-se as técnicas tradicionais de refinamento presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no uso do software ANSYS. Estes modelos numéricos permitiram uma completa avaliação dinâmica das passarelas investigadas, especialmente em termos de conforto humano. As respostas dinâmicas foram obtidas em termos de acelerações de pico e comparadas com valores limites propostas por diversos autores e normas de projeto. Os valores de aceleração de pico e aceleração rms encontrados na presente investigação indicaram que as passarelas analisadas apresentaram problemas relacionados com o conforto humano. Assim sendo, considerando-se que foi detectado que estas estruturas poderiam atingir níveis elevados de vibração que possam vir a comprometer o conforto dos usuários, foi verificado que uma estratégia para o controle estrutural era necessária, a fim de reduzir as vibrações excessivas nas passarelas. Finalmente, uma investigação foi realizada com base em alternativas de controle estrutural objetivando atenuar vibrações excessivas, a partir do emprego de sistemas de atenuadores dinâmicos sintonizados (ADS).

Análise dinâmica e controle de vibrações de pisos de edificações submetidos a atividades humanas rítmicas.

Um aumento crescente dos problemas estruturais associados à vibração excessiva de pisos de edificações de estruturas mistas (aço-concreto) e de concreto armado devido a atividades humanas rítmicas constitui a principal motivação para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto respaldada na obtenção da resposta dinâmica de pisos mistos (aço-concreto) e de concreto armado, quando submetidos a cargas dinâmicas humanas rítmicas. Para tal, os modelos estruturais estudados baseiam-se em pisos de edificações mistas (aço-concreto) e de concreto armado submetidos a aulas de ginástica aeróbica. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa ANSYS. Um estudo paramétrico foi realizado sobre os modelos estruturais investigados e foram obtidos valores elevados para as acelerações de pico violando os critérios de projeto e indicando níveis de vibrações excessivas. Considerando-se os aspectos mencionados anteriormente foi desenvolvida uma estratégia com base em alternativas viáveis para o controle estrutural, objetivando a atenuação das vibrações excessivas a partir da instalação de atenuadores dinâmicos sincronizados (ADS) nos pisos analisados.

Análise dinâmica não determinística de edifícios mistos (aço-concreto) submetidos à ação de cargas de vento.

Avanços tecnológicos no ramo das ciências dos materiais e de processos construtivos, combinado a um cenário econômico favorável, têm levado a um crescimento substancial na construção de edifícios de múltiplos andares pelo mundo. Estes edifícios têm sido construídos com estruturas cada vez mais arrojadas e com elevados níveis de esbeltez, tornando-se verdadeiras obras de arte. Todavia, a compatibilidade dos requisitos arquitetônicos com as condições necessárias de estabilidade de tais estruturas é fundamental, e requer dos engenheiros civis um conhecimento teórico substancial desde a concepção do projeto estrutural até o processo construtivo propriamente dito. Assim sendo, o objetivo desta dissertação de mestrado é o de investigar o comportamento estrutural de um edifício de 20 pavimentos misto (aço-concreto) submetido às ações de cargas de vento não determinísticas. No núcleo interno da edificação três tipos de contraventamentos são empregados e analisados. De forma semelhante, no desenvolvimento do modelo computacional são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. Assim, a resposta dinâmica não determinística do modelo estrutural, em termos dos valores máximos médios dos deslocamentos e das acelerações, é obtida e comparada com os valores limites propostos por normas e recomendações de projeto.

Controle activo de estruturas adaptativas com sensores e actuadores piezoeléctricos

Nos últimos anos o estudo de estruturas inteligentes tem atraído vários investigadores devido às suas potenciais vantagens numa larga gama de aplicações, tais como controle de forma, supressão de vibrações, atenuação de ruído e detecção de dano. O uso de materiais “inteligentes” tal como os materiais piezoeléctricos na forma de lâminas ou “patches”, embebidas ou coladas na superfície de estruturas construídas de materiais compósitos, permite assim obter estruturas que por um lado são adaptativas e por outro revelam excelentes propriedades mecânicas, aumentando assim bastante o desempenho e a fiabilidade de sistemas estruturais. Os materiais piezoeléctricos têm a propriedade de gerar uma carga eléctrica sob a acção duma carga mecânica e o reverso, isto é, aplicando um campo eléctrico nos elementos piezoeléctricos da estrutura, esta deforma-se. Neste trabalho, é apresentado um modelo de elementos finitos, baseado na teoria clássica de placas, desenvolvido para a análise do controle activo em estática e dinâmica lineares de estruturas integrando sensores e actuadores piezoeléctrico na forma de lâminas, os quais introduzem um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. É utilizado método de Newmark para a solução iterativa das equações de equilíbrio. Apresentam-se os resultados obtidos em três exemplos ilustrativos.

Optimização de estruturas laminadas adaptativas com controlo activo

Neste trabalho apresenta-se um modelo de elementos finitos, baseados na teoria clássica das placas, desenvolvido para a análise de controlo activo em dinâmica de estruturas de tipo placa/casca integrando sensores e actuadores piezoeléctricos. O controlo é iniciado através de uma optimização prévia do núcleo laminado de modo a diminuir a amplitude da vibração. É usado um algoritmo de controlo baseado na ligação entre as lâminas piezoeléctricas sensoras e actuadoras para obter um mecanismo de controlo da resposta dinâmica da estrutura. A resolução por elementos finitos usa um elemento placa/casca triangular plano de 3 nós, e em cuja formulação se introduz um grau de liberdade referente ao potencial eléctrico, por cada camada piezoeléctrica do elemento finito. Apresentam-se os resultados obtidos em dois exemplos ilustrativos.

Caracterização dinâmica das bancadas principais do Estádio Algarve

No presente artigo apresenta-se o estudo de revisão do Projecto de Estabilidade e Fundações das Bancadas Nascente e Poente do Estádio Algarve. Dá-se relevo ao comportamento dinâmico da estrutura da Bancada Poente, com a descrição das respostas da mesma perante a acção sísmica e a acção das multidões.

Vulnerabilidade das Ilhas-Barreira e dinâmica da Ria Formosa na óptica da gestão

Dissertação mest., Gestão e conservação da natureza, Universidade do Algarve, 2007

Biologia pesqueira e dinâmica populacional de Diplodus vulgaris (geoffr.) e Spondyliosoma cantharus (L.) (pisces, sparidae) na costa sudoeste de Portugal

As espécies da família Sparidae ocupam um lugar de destaque na actividade pesqueira da Costa Sudoeste de Portugal, sendo das principais subsidiárias da pesca artesanal nesta região. Com o presente trabalho pretendeu-se clarificar aspectos básicos da biologia de dois esparídeos, Diplodus vulgaris (safia) e Spondyliosoma cantharus (choupa), nas áreas da ecologia alimentar, reprodução, idade, crescimento e mortalidade; estimar os parâmetros de selectividade das artes de pesca mais importantes sobre estas espécies e avaliar preliminarmente o estado da pescaria destes dois esparídeos. Para atingir estes objectivos cumpriu-se um plano de amostragem de frequências de comprimento nas lotas de Sagres e Sines, de Julho de 1992 a Março de 1994; estudos laboratoriais com amostras recolhidas em Sagres de Dezembro de 1992 a Março de 1994 e um estudo de selectividade de aparelho de anzol e redes de emalhar realizado em 1997/98. Os hábitos alimentares foram estudados a partir da análise de conteúdos estomacais, utilizando-se 3 métodos de avaliação da composição da dieta, 5 índices combinados da bibliografia e 3 propostos. Da análise comparativa entre os vários índices concluiu-se que o índice de importância relativa (IRI) e o índice de alimentação ponderado (IPO2) serão os mais adequados para descrever as dietas destas espécies. Registaram-se elevados coeficientes de vacuidade, motivados em grande parte pela natureza da arte de pesca. A dieta de D. vulgaris é composta essencialmente por ofiurídeos, poliquetas, anfípodes e equinóides, enquanto que S. cantharus consome principalmente poliquetas, anfípodes e hidrozoários. As duas dietas são significativamente diferentes, principalmente pelo maior consumo de equinodermes no caso de D. vulgaris. A estrutura e dimensões da boca nestes esparídeos são distintas, podendo influenciar o seu comportamento trófico. À semelhança de grande parte dos esparídeos, D. vulgaris e S. cantharus são espécies bentívoras, que adoptam uma estratégia alimentar generalista, com fortes afinidades com o alimento disponível no meio. Da análise do ciclo reprodutivo verificou-se que as épocas de postura são extensas: D. vulgaris: Dezembro a Março com maior intensidade em Janeiro/Fevereiro; S. cantharus: Fevereiro a Abril, com máxima intensidade em Março. Não existiram diferenças significativas na proporção entre os sexos (M:F = 1.01) ao longo do ano e por tamanho em D. vulgaris, enquanto que em S. cantharus as fêmeas foram mais abundantes ao longo do ano (M:F=0.57) e nas classes de comprimento inferiores. Os tamanhos de 1ª maturação (L50%) para o conjunto dos sexos e indivíduos indeterminados foram de: D. vulgaris, 18.33 cm, não existindo diferenças significativas entre machos e fêmeas; S. cantharus, 20.10 cm, existindo diferenças significativas entre machos (22.41 cm, TL) e fêmeas (19.98 cm, TL). Os tamanhos de 1ª maturação estimados foram consideravelmente superiores aos tamanhos mínimo legais de desembarque (TML) em Portugal, para D. vulgaris (TML=15.0 cm) e ligeiramente inferiores no caso de S. cantharus (TML=23 cm). A fecundidade média absoluta (Fa) e a fecundidade relativa (Fr) foram de: D. vulgaris - Fa = 131127 ovos; Fr = 526 ovos/g; S. cantharus - Fa = 61396 ovos; Fr = 346 ovos/g. As relações entre a fecundidade absoluta e o comprimento total (TL) e o peso somático (SW) foram as seguintes: D. vulgaris: Fa = 0.1853TL4.1903; Fa = 57.715SW1.4067; S. cantharus: Fa = 436.27TL1.5747; Fa = 2979.7SW0.585. A estratégia reprodutiva destas espécies é caracterizada por hermafroditismo, rudimentar com eventual protândria parcial em D. vulgaris e protogínia em S. cantharus. A determinação da idade foi efectuada pela análise de estruturas duras, otólitos para D. vulgaris e otólitos e escamas para S. cantharus. As estimações do comprimento à idade ajustaram-se bem ao modelo de Von Bertalanffy. De entre os métodos de estimação dos parâmetros de crescimento, escolheu-se o ajuste não linear aplicado a todos os pares de comprimentos à idade, sendo esta corrigida pela data de captura. Para além do maior rigor desta análise, os resultados produzidos foram considerados os mais aproximados da realidade: D. vulgaris (otólitos): L=28.1 cm K=0.30 ano-1 e t0= -1.618 anos (validade: 12.5-30.5 cm; 1-10 anos); S. cantharus (escamas): L=35 cm, K=0.32 ano-1 e t0=-0.481 anos (validade: 14.3-33.5 cm; 1-9 anos). A análise de distribuição de frequências de comprimento, apresentou um L mais próximo da realidade: L=39.6 cm, K=0.32 ano-1 e t0=-0.481 anos (D. vulgaris); L=40.0 cm, K=0.24 ano-1 e t0=-0.646 anos (S. cantharus). As relações peso-comprimento de D. vulgaris e S. cantharus para a Costa Sudoeste foram do tipo potencial W=a Lb, sendo definidas pelos seguintes parâmetros: a=0.0223 e b= 2.895, r2=0.89 (D. vulgaris); a=0.0106 e b= 3.085, r2= 0.89 (S. cantharus). Os valores de mortalidade natural (M), estimados por métodos indirectos, para D. vulgaris e S. cantharus foram de 0.39 e 0.30 ano-1, respectivamente. O valor de M de esparídeos pode ser estimado preliminarmente mediante a utilização de uma regressão multilinear que integra as três variáveis (M, K e L): M = -0.162 + 1.714K + 0.00273L (r2=0.77). A análise das curvas de captura permitiu obter os seguintes valores de mortalidade total (Z): D. vulgaris: Z=0.642 (otólitos) e 0.727 ano-1 (frequências de comprimento); S. cantharus: Z=0.676 (escamas) e 0.576 ano-1 (frequências de comprimento). As artes de pesca mais importantes para D vulgaris e S. cantharus e para a região considerada são, por ordem de grandeza, o aparelho de anzol e redes de emalhar, e em menor escala a arte do cerco. Os esparídeos diversos e dentro destes a choupa, que deveria ser discriminada nas estatísticas oficiais, constituíram os únicos esparídeos que apresentaram uma evolução com tendência negativa de 1987 a 1998. A estrutura demográfica de desembarques de safia é caracterizada por cerca de 86.9 % indivíduos entre 20.5 a 27.5 cm (2 a 6 anos), enquanto que para a choupa, 85.0% dos indivíduos desembarcados estão compreendidos entre 21.5 e 27.5 cm (2 a 6 anos). No estudo de selectividade foram realizadas 40 pescas experimentais em que se testaram 4 tamanhos de anzol (nº11, 12, 13 e 15) e de malha (80, 70, 60 e 50mm). D. vulgaris e S. cantharus são das espécies mais abundantes na pescaria com aparelho de anzol, tendo uma representação inferior quer em termos relativos, quer absolutos nas capturas das redes de emalhar. Existiu um decréscimo geral das taxas de captura com o tamanho do anzol e uma maior eficiência para os tamanhos intermédios da malha nas redes de emalhar. Paralelamente, existiu para ambas as espécies uma sobreposição de comprimentos médios com o tamanho dos anzóis e uma separação clara de comprimentos médios de ambas as espécies com a malhagem. Adoptaram-se, com bom ajuste, uma curva de selectividade do tipo logística para o aparelho de anzol e normal para as redes de emalhar, para ambas as espécies. Atendendo a uma eventual revisão dos tamanhos mínimos legais de desembarque, em função dos tamanhos de primeira maturação e à estrutura das capturas, as malhas de 70 e 80mm são as mais adequadas na pescaria de D. vulgaris e S. cantharus, respectivamente. O anzol número 13 será o mais apropriado a D. vulgaris, dada a pouca praticabilidade do anzol 15. Em relação a S. cantharus o anzol nº 11 apresenta a menor proporção de indivíduos com tamanho ilegal, sendo então o mais indicado à pescaria desta espécie. Para o aparelho de anzol e de acordo com os modelos de rendimento por recruta a pescaria de safia processa-se de forma moderada, a níveis inferiores a uma taxa de exploração máxima (Emax) suportável pelo "stock". A pescaria de choupa apresenta indícios de uma exploração intensa, próxima dos valores máximos comportados pelo "stock". Uma alteração nos valores actuais da taxa de exploração e/ou de comprimento de 1ª captura terá de ter em consideração o carácter multiespecifico desta pescaria. Visando a gestão destes recursos pesqueiros, dever-se-á controlar principalmente o nível do esforço de pesca praticado e rever os tamanhos mínimos de desembarque, de modo a evitar que esta pescaria entre numa fase de sobreexploração. O estabelecimento de reservas marinhas e de recifes artificiais poderá ser um contributo para uma exploração pesqueira sustentada e para a conservação da biodiversidade.

Modelos de dinâmica da Terra aplicados à geologia de Portuga l: relevância da experimentação análoga no ensino e na divulgação da geologia

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Criação de programa informático em ambiente Matlab® para estudo de estruturas planas pelo Método de Elementos Finitos.

Os modelos a ser analisados pelo Método de Elementos Finitos são cada vez mais complexos e, nos tempos que correm, seria impensável realizar tais análises sem um apoio computorizado. Existe para esta finalidade uma vasta gama de programas que permitem realizar tarefas que passam pelo desenho de estruturas, análise estática de cargas, análise dinâmica e vibrações, visualização do comportamento físico (deformações) em tempo real, que permitem a otimização da estrutura. Sob o pretexto de permitir a qualquer utilizador uma análise de estruturas simples com o Método dos Elementos Finitos, surge esta tese, onde se irá criar de raiz um programa com interface gráfica no ambiente MATLAB® para análise de estruturas simples com dois tipos de elemento finito, triangular de deformação constante e quadrangular de deformação linear. O software desenvolvido, verificado por comparação com um software comercial dedicado para o efeito, efetua malhagem com elementos bidimensionais triangulares e quadriláteros e resolve modelos arbitrados pelo Método de Elementos Finitos, representando estes resultados visualmente e em formato tabular.