Flow-induced vibrations of long circular cylinders modeled by coupled nonlinear oscillators

The dynamics of long slender cylinders undergoing vortex-induced vibrations (VIV) is studied in this work. Long slender cylinders such as risers or tension legs are widely used in the field of ocean engineering. When the sea current flows past a cylinder, it will be excited due to vortex shedding. A three-dimensional time domain model is formulated to describe the response of the cylinder, in which the in-line (IL) and cross-flow (CF) deflections are coupled. The wake dynamics, including in-line and cross-flow vibrations, is represented using a pair of non-linear oscillators distributed along the cylinder. The wake oscillators are coupled to the dynamics of the long cylinder with the acceleration coupling term. A non-linear fluid force model is accounted for to reflect the relative motion of cylinder to current. The model is validated against the published data from a tank experiment with the free span riser. The comparisons show that some aspects due to VIV of long flexible cylinders can be reproduced by the proposed model, such as vibrating frequency, dominant mode number, occurrence and transition of the standing or traveling waves. In the case study, the simulations show that the IL curvature is not smaller than CF curvature, which indicates that both IL and CF vibrations are important for the structural fatigue damage.

Damage detection in civil structures using high-frequency seismograms

The dynamic properties of a structure are a function of its physical properties, and changes in the physical properties of the structure, including the introduction of structural damage, can cause changes in its dynamic behavior. Structural health monitoring (SHM) and damage detection methods provide a means to assess the structural integrity and safety of a civil structure using measurements of its dynamic properties. In particular, these techniques enable a quick damage assessment following a seismic event. In this thesis, the application of high-frequency seismograms to damage detection in civil structures is investigated.

Two novel methods for SHM are developed and validated using small-scale experimental testing, existing structures in situ, and numerical testing. The first method is developed for pre-Northridge steel-moment-resisting frame buildings that are susceptible to weld fracture at beam-column connections. The method is based on using the response of a structure to a nondestructive force (i.e., a hammer blow) to approximate the response of the structure to a damage event (i.e., weld fracture). The method is applied to a small-scale experimental frame, where the impulse response functions of the frame are generated during an impact hammer test. The method is also applied to a numerical model of a steel frame, in which weld fracture is modeled as the tensile opening of a Mode I crack. Impulse response functions are experimentally obtained for a steel moment-resisting frame building in situ. Results indicate that while acceleration and velocity records generated by a damage event are best approximated by the acceleration and velocity records generated by a colocated hammer blow, the method may not be robust to noise. The method seems to be better suited for damage localization, where information such as arrival times and peak accelerations can also provide indication of the damage location. This is of significance for sparsely-instrumented civil structures.

The second SHM method is designed to extract features from high-frequency acceleration records that may indicate the presence of damage. As short-duration high-frequency signals (i.e., pulses) can be indicative of damage, this method relies on the identification and classification of pulses in the acceleration records. It is recommended that, in practice, the method be combined with a vibration-based method that can be used to estimate the loss of stiffness. Briefly, pulses observed in the acceleration time series when the structure is known to be in an undamaged state are compared with pulses observed when the structure is in a potentially damaged state. By comparing the pulse signatures from these two situations, changes in the high-frequency dynamic behavior of the structure can be identified, and damage signals can be extracted and subjected to further analysis. The method is successfully applied to a small-scale experimental shear beam that is dynamically excited at its base using a shake table and damaged by loosening a screw to create a moving part. Although the damage is aperiodic and nonlinear in nature, the damage signals are accurately identified, and the location of damage is determined using the amplitudes and arrival times of the damage signal. The method is also successfully applied to detect the occurrence of damage in a test bed data set provided by the Los Alamos National Laboratory, in which nonlinear damage is introduced into a small-scale steel frame by installing a bumper mechanism that inhibits the amount of motion between two floors. The method is successfully applied and is robust despite a low sampling rate, though false negatives (undetected damage signals) begin to occur at high levels of damage when the frequency of damage events increases. The method is also applied to acceleration data recorded on a damaged cable-stayed bridge in China, provided by the Center of Structural Monitoring and Control at the Harbin Institute of Technology. Acceleration records recorded after the date of damage show a clear increase in high-frequency short-duration pulses compared to those previously recorded. One undamage pulse and two damage pulses are identified from the data. The occurrence of the detected damage pulses is consistent with a progression of damage and matches the known chronology of damage.

Arquitetura crustal da bacia de Almada no contexto das bacias da margem lesste da América do Sul

A Bacia de Almada, localizada no estado da Bahia, compartilha características similares com as outras bacias da margem leste do Brasil, quando é analisada segundo aspectos como os processos sedimentares e o regime de esforço dominante durante a sua formação. Observa-se uma diferença marcante em relação as outras bacias quando é analisada sob a ótica da composição da crosta transicional, uma vez que não se registra atividade vulcânica durante a fase rifte. A aquisição de um extenso levantamento sísmico 3D, com cabos de 6 km de comprimento e 9.2 segundos de tempo de registro (tempo sísmico duplo), resultaram em imagens sísmicas de boa qualidade das estruturas profundas do rifte. Adicionalmente, estudos de modelagem gravimétrica foram integrados com a análise sísmica para corroborar o modelo geológico. A Bacia de Almada é parte dos sistemas de rifte continentais, desenvolvidos durante o Berriasiano até o Aptiano, que antecederam a quebra do continente do Gondwana, evoluindo posteriormente para uma margem passiva divergente. O processo do rifteamento desenvolveu cinco sub-bacias de orientação NNE-SSO, desde posições terrestres até marinhas profundas, produzindo um arcabouço estrutural complexo. Os perfis da sísmica profunda mostram o afinamento progressivo da crosta continental até espessuras da ordem de 5 km, abaixo da sub-bacia mais oriental, com fatores de estiramento crustal próximo a 7 antes do desenvolvimento de crosta oceânica propriamente dita. As imagens sísmicas de boa qualidade permitem também o reconhecimento de sistemas de falhas lístricas que se iniciam na crosta superior, evoluem atravessando a crosta e conectando as sub-bacias para finalizar em um descolamento horizontal na crosta inferior estratificada. Adicionalmente, a bacia apresenta um perfil assimétrico, compatível com mecanismos de cisalhamento simples. As margens vulcânicas (VM) e não vulcânicas (NVM), são os extremos da análise composicional das margens divergentes continentais. Na Bacia de Almada não se reconhecem os elementos arquiteturais típicos das VM, tais como são as grandes províncias ígneas, caracterizadas por cunhas de refletores que mergulham em direção ao mar e por intenso vulcanismo pré- e sin-rifte nas bacias. Embora a margem divergente do Atlântico Sul seja interpretada tradicionalmente como vulcânica, o segmento do rifte ao sul do Estado da Bahia apresenta características não-vulcânicas, devido à ausência destes elementos arquiteturais e aos resultados obtidos nas perfurações geológicas que eventualmente alcançam a seqüência rifte e embasamento. Regionalmente a margem divergente sul-americana é majoritariamente vulcânica, embora a abundância e a influência do magmatísmo contemporâneo ao rifte seja muito variável. Ao longo da margem continental, desde a Bacia Austral no sul da Argentina, até a Bacia de Pernambuco no nordeste do Brasil, podem ser reconhecidos segmentos de caráter vulcânico forte, médio e não vulcânico. Nos exemplos clássicos de margens não vulcânicas, como a margem da Ibéria, a crosta transicional é altamente afinada podendo apresentar evidências de exumação de manto. Na Bacia de Almada, a crosta transicional apresenta importante estiramento embora não haja evidências concretas de exumação de manto. Os mecanismos responsáveis pela geração e intrusão dos grandes volumes de magma registrados nas margens divergentes são ainda sujeitos a intenso debate. Ao longo da margem divergente sul-americana há evidências da presença dos mecanismos genéticos de estiramento litosférico e impacto de plumas. Alternativamente estes dois mecanismos parecem ter tido um papel importante na evolução tectônica da margem sudeste e sul, diferenciando-as da margem continental onde foi implantada a Bacia de Almada.

Composite second-order performance improvement in optical fibre CATV transmission system using chirped fibre grating

Theoretically, we analyse the dispersion compensation characteristics of the chirped fibre grating (CFG) in an optical fibre cable television (CATV) system and obtain the analytic expression of the composite second-order (CSO) distortion using the time-domain form of the field envelope wave equation. The obtained result is in good agreement with the numerical simulation result. Experimentally, we verify the result by making use of the tunable characteristics of CFG to change the dispersion compensation amount and obtain an optimal CSO performance in a 125km fibre transmission link. Both the theoretical and experimental results show that the CSO performance can be improved by properly choosing the dispersion compensation amount for a certain fibre transmission link.

Analysis of dispersion compensation for position-dependence in externally modulated CATV lightwave systems by using chirped fiber grating

The dispersion compensation characteristics of the chirped fiber grating (CFG) for different dispersion compensation positions are analyzed in externally modulated cable television (CATV) lightwave system and the analytic expression of the composite second order (CSO) distortion is derived. The analyses give a reasonable explanation for the position-dependent effect of CFG dispersion compensator, which was found in practical systems. Moreover, the theoretical result is also verified by an experiment. It is believed that the theory will be helpful in designing optical CATV fiber links with nodes at proper positions both for intensity amplification and dispersion compensation.

Analysis of dispersion compensation by chirped fiber grating in directly and externally modulated CATV systems

The dispersion compensation effect of the chirped fiber grating (CFG) is analyzed theoretically, and analytic expressions are derived for composite second-order (CSO) distortion in analog modulated sub-carrier multiplexed (AM-SCM) cable television (CATV) systems with externally and directly modulated transmitters. Simulations are given for the two kinds of modulations and for standard single mode fiber and non-zero dispersion shift fiber (NZDSF) systems. The results show that CFG could be used as a dispersion compensator in directly modulated systems, but its dispersion coefficient should be adjusted much more precisely than the externally modulated system. The requirements for the NZDSF system could be loosened much. It is proposed that directly modulated source may be used as a transmitter in CATV systems combined with tunable CFG dispersion compensator being adjusted precisely, which may be more cost-effective than externally modulation technology. (c) 2006 Elsevier GmbH. All rights reserved.

Cuando el miedo invade la ficción. Análisis de Perdidos (Lost) y de otros quality dramas de la era Post 11S.

521 p.

Análise de transição entre cabos coaxiais constituída por corrugações e desníveis angulares.

Esta dissertação apresenta um formalismo baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), adequado a análise de descontinuidades coaxiais com simetria axial, entre duas linhas coaxiais quaisquer, incluindo corrugações nos tubos internos e externos. Pelo método de Galerkin-Budnov deduz-se um operador integral bilinear, aplicado ao campo magnético, expandido em todo o domínio da estrutura, coaxial-descontinuidade-coaxial. As portas de entrada e saída da estrutura são posicionadas distantes da descontinuidade, de forma que nelas só haja o modo Transversal Eletromagnético (TEM). O campo magnético procurado e obtido pelo MEF. Os resultados encontrados; perdas de retorno, comportamento do campo magnético e as equi-fases nas portas de entrada e saída da estrutura, foram calculados e confrontados com as do Método de Casamento de Modos (MCM), com um alto grau de concordância.

Riscos Ambientais Associados ao Transporte de Produtos Perigosos na Área de Influência da ETA Guandu.

No Estado do Rio de Janeiro, a atividade de transporte rodoviário de produtos perigosos foi responsável por aproximadamente 40% dos atendimentos a emergências realizados pela FEEMA (hoje INEA) nos últimos anos. Dentre as diversas rotas de tráfego desses produtos, destaca-se a rodovia Presidente Dutra que percorre as imediações dos rios Paraíba do Sul e Guandu, e seus principais afluentes. A exposição a riscos ambientais da ETA Guandu é, portanto, bastante alta, pois compreende a Bacia do rio Paraíba do Sul, a montante da transposição, bem como a Bacia do rio Guandu, a montante do ponto de captação da Cedae (área de influência da ETA Guandu). Este trabalho identifica riscos de acidentes ambientais associados ao transporte terrestre de produtos perigosos em parte da área territorial de influência da ETA Guandu, buscando fornecer subsídios para a elaboração de um plano de contingência das Bacias dos rios Paraíba do sul e Guandu. A ETA Guandu, que abastece cerca de 9 milhões de habitantes da RMRJ, capta águas do rio Guandu que, por sua vez, depende principalmente das águas transpostas do rio Paraíba do Sul e do rio Piraí, situados em outra bacia hidrográfica. Além de um mapeamento de pontos de alta e média gravidade das principais rodovias e ferrovias na área de influência da ETA Guandu, a principal contribuição deste estudo foi a identificação de vários trechos de alto risco de acidentes ambientais ao longo da rodovia Presidente Dutra, em território fluminense, que podem efetivamente comprometer a qualidade das águas dos rios Paraíba do Sul e Guandu.