Análise dinâmica de passarelas de pedestres mistas (açoconcreto)com aberturas na alma das vigas de aço.

Limitações de altura têm sido impostas sobre edificações por regulamentos de zoneamento urbano e aspectos econômicos e estéticos. Além disso, para se proporcionar a passagem de tubulações de grande diâmetro sob vigas de aço, um pé-direito alto é normalmente requerido. Uma solução frequentemente utilizada em projeto diz respeito à abertura de furos na alma das vigas de aço para passagem das tubulações de serviço. Assim sendo, este trabalho de pesquisa objetiva a avaliação da resposta dinâmica de passarelas para pedestres, onde o projeto estrutural prevê a utilização de vigas celulares em aço. Objetiva-se verificar a influência das aberturas nas almas dessas vigas sobre a resposta dinâmica das passarelas. As ações dinâmicas representativas do caminhar dos pedestres são simuladas por meio de um modelo matemático que considera uma descrição espacial e temporal e, ainda, inclui o efeito do impacto do calcanhar humano. Os modelos estruturais investigados correspondem a passarelas mistas (aço-concreto) com 10m a 30m de extensão. São empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos, por meio do programa Ansys. A resposta dinâmica das passarelas é obtida para duas situações distintas: vigas de alma cheia e vigas celulares. Uma avaliação crítica sobre a resposta dinâmica das passarelas possibilita verificar a influência dos furos nas almas das vigas metálicas, mediante a obtenção das acelerações de pico, focando aspectos associados ao conforto humano, considerando-se comparações com normas e recomendações de projeto.

Verificação à fadiga estrutural de ponte em concreto armado.

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas à ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas nem sempre são corretamente consideradas pelos projetistas. Deste modo, a correta consideração destes aspectos mostra-se de fundamental importância, de forma a se avaliar os esforços dinâmicos oriundos do tráfego de veículos sobre o tabuleiro. De acordo com este contexto, a ponte rodoviária investigada nesta dissertação é constituída por duas vigas longitudinais, três transversinas, sendo uma central e duas sobre os apoios, e por um tabuleiro em concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. Os veículos são representados a partir de sistemas do tipo "massa-mola-amortecedor". O tráfego destes veículos é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As técnicas para a contagem de ciclos de tensões e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas e recomendações internacionais vigentes que versam sobre o tema. As conclusões deste trabalho de pesquisa se referem à análise da resposta dinâmica bem como da vida útil de serviço da obra de arte rodoviária de concreto armado investigada, quando submetida às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.

Desenvolvimento e implementação de algoritmo para análise de dutos fabricados ou reparados com material compósito carregados com pressão interna utilizando o método dos elementos finitos.

A integridade de dutos ganha importância à medida em que o desenvolvimento da indústria expande a malha para transportar líquidos e gases num contexto de aumento das exigências ambientais. Um importante aliado para manutenção da integridade de dutos são reparos de materiais compósitos. Estes materiais apresentam baixa densidade, capacidade de direcionar resistência de acordo com as direções das solicitações, execução de reparo a frio sem necessidade de interromper produção ou grande maquinário. Este trabalho tem como objetivo desenvolver e implementar um algoritmo de elementos finitos que permita avaliar os esforços e a resistência das paredes de um tubos fabricados ou reparados com laminados de material compósito carregados com pressão interna. Entre as vantagens de desenvolver um programa tem-se: agilidade de avaliação, menor custo com licença, menores exigências computacionais, possibilidade de desenvolver o programa e o melhor entendimento da modelagem dos fenômenos. Utiliza-se como entrada do programa o diâmetro do duto, pressão interna e parâmetros do laminado. A modelagem em elementos finitos é realizada a partir da teoria clássica de laminados. Aplicando o carregamento resultante da pressão interna, determina-se os deslocamentos e são calculadas as tensões e aplicado o critério de falha de Tsai-Hill em cada camada. Estudos experimentais e numéricos encontrados na literatura foram simulados com o programa gerado e os resultados para propriedades do laminado, tensões nos dutos e pressão de ruptura apresentam concordância com os resultados da literatura.O programa ainda tem sua estrutura modificada para encontrar a pressão de falha a partir dos dados do laminado. O programa implementado permite uma avaliação rápida de resistência do reparo e possibilita avaliar rapidamente a resposta a mudanças nos parâmetros de projeto do laminado.

Comportamento estrutural de vigas casteladas em aço inoxidável.

As vigas casteladas já são utilizadas em diversos tipos de estruturas para se vencer grandes vãos. Há uma nova realidade para o uso de perfis castelados, agora em aço inoxidável. Este trabalho apresenta uma análise comparativa entre vigas casteladas e vigas de alma cheia em perfis IPE, baseadas na norma europeia, no método da resistência contínua; e, também, através de um modelo em elementos finitos desenvolvido no programa Ansys. Este trabalho tem como objetivo verificar o comportamento e a resistência à flexão das vigas casteladas em aço inoxidável. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente desta estrutura. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de von Mises e da lei constitutiva tensão versus deformação multi-linear, de forma a exibir um comportamento elasto-plástico com encruamento. A não-linearidade geométrica foi considerada a partir de uma formulação de Lagrange atualizado. Os resultados numéricos das vigas em estudo foram avaliados quanto aos modos de falha e da distribuição de tensões. Os momentos resistentes analíticos foram comparados com os resultados do modelo numérico apresentando valores satisfatórios e a favor da segurança.

Estabilidade de talude com efeito sísmico a partir dos métodos de equilíbrio limite e de elementos finitos.

A Costa Peruana apresenta alta atividade sísmica, tornando imprescindível a execução de análises de estabilidade que considerem os eventos sísmicos. Com o desenvolvimento de novas ferramentas numéricas, a análise dinâmica está se tornando cada vez mais importante e usual na fase de projeto, não se justificando mais a execução de análises estáticas em locais tão vulneráveis a sismos. A presente dissertação tem como objetivo realizar a análise da estabilidade dos Penhascos de Lima, Peru, considerando quatro taludes distintos, em uma região bastante afetada por abalos sísmicos. As análises foram executadas pelos métodos de equilíbrio limite, elementos finitos e pseudo-estático, buscando-se uma comparação entre os diferentes métodos. O trabalho apresenta uma descrição completa dos taludes em estudo, uma avaliação da condição sismológica da região e finalmente a estabilidade dos Penhascos de Lima, fazendo uso dos programas computacionais Slide (método do equilíbrio limite) e Plaxis (método dos elementos finitos) em 2D. Os resultados mostraram que os três métodos adotados forneceram fatores de segurança compatíveis, principalmente quando se considera perfis menos estratificados. Para perfis homogêneos, as diferenças obtidas foram da ordem de 0,5 a 1,0 %. As análises ressaltaram a importância de considerar a condição dinâmica, e mostraram-se bastante sensíveis aos valores de carga sísmica adotado.

Modelagem do comportamento dinâmico e análise de fadiga de pontes rodoviárias mistas (aço-concreto).

Considerando-se os diversos carregamentos que solicitam a estrutura de uma ponte rodoviária, ao longo de sua vida útil, alguns possuem um comportamento essencialmente dinâmico, ou seja, variam com o tempo, diferentemente do que é considerado na prática corrente de projeto desse tipo de obra de arte. Em geral, os projetistas desse tipo de estrutura têm tratado carregamentos como o de vento, tráfego de veículos e de pedestres como ações de natureza estática, ignorando seu perfil cíclico. Tal consideração, em diversas situações de projeto, tende a minorar os efeitos das ações dinâmicas sobre o sistema estrutural. Além disso, estruturas submetidas a solicitações cíclicas, sob uma carga inferior à caga máxima suportada pelo material, estão sujeitas ao fenômeno da fadiga. A consideração adequada de todos estes aspectos mostra-se fundamentalmente importante para correta avaliação dos níveis de esforços solicitantes do sistema estrutural e, bem como, para a identificação de fenômenos importantes como o da fadiga que pode vir a provocar, por exemplo, a ruptura de componentes estruturais sem aviso prévio ou motivo aparente. Para tal, nesta dissertação as técnicas para a contagem de ciclos de tensão e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através de curvas do tipo S-N, associadas a diversas normas de projeto. A ponte rodoviária mista (aço-concreto) investigada neste estudo é constituída por seis vigas de aço longitudinais com enrijecedores transversais, oito transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo numérico-computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi elaborado com base em técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. As mesas e almas das vigas, assim como os enrijecedores , foram modelados por elementos de casca e laje de concreto armado, por elementos sólidos. O carregamento dinâmico avaliado no presente estudo diz respeito ao tráfego de veículos, cuja representação se dá a partir de sistemas "massa-mola-amortecedor". Os comboios formados são adotados como sendo semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre a ponte. As conclusões da presente investigação versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes mistas (aço-concreto).

Major and trace element analytical methods of the National Status and Trends Program: 2000-2006

This document contains analytical methods that detail the procedures for determining major and trace element concentrations in bivalve tissue and sediment samples collected as part of the National Status and Trends Program (NS&T) for the years 2000-2006. Previously published NOAA Technical Memoranda NOS ORCA 71 and 130 (Lauenstein and Cantillo, 1993; Lauenstein and Cantillo, 1998) detail trace element analyses for the years 1984-1992 and 1993-1996, respectively, and include ancillary, histopathology, and contaminant (organic and trace element) analytical methods. The methods presented in this document for trace element analysis were utilized by the NS&T Mussel Watch and Bioeffects Projects. The Mussel Watch Project has been monitoring contaminants in bivalves and sediment for over 20 years, and is the longest active contaminant monitoring program operating in U.S. costal waters. Approximately 280 Mussel Watch sites are monitored on biennial and decadal timescales using bivalve tissue and sediment, respectively. The Bioeffects Project applies the sediment quality approach, which uses sediment contamination measurements, toxicity tests and benthic macroinfauna quantification to characterize pollution in selected estuaries and coastal embayments. Contaminant assessment is a core function of both projects. Although only one contract laboratory was used by the NS&T Program during the specified time period, several analytical methods and instruments were employed. The specific analytical method, including instrumentation and detection limit, is noted for each measurement taken and can be found at http://NSandT.noaa.gov. The major and trace elements measured by the NS&T Program include: Al, Si, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Se, Sn, Sb, Ag, Cd, Hg, Tl and Pb.

Application of domain decomposition and transmission line modelling techniques to 2D, time-domain, finite element problems

In this paper a recently published finite element method, which combines domain decomposition with a novel technique for solving nonlinear magnetostatic finite element problems is described. It is then shown how the method can be extended to, and optimised for, the solution of time-domain problems. © 1999 IEEE.

Modelling of equipment loaded panels for robust control investigations

This paper develops a modelling technique for equipment load panels which directly produces (adequate) models of the underlying dynamics on which to base robust controller design/evaluations. This technique is based on the use of the Lagrange's equations of motion and the resulting models are verified against those produced by a finite Element Method Model.

Coupled foundation-superstructure analysis and influence of building stiffness on foundation response

This paper proposes a simple method to include superstructure stiffness in foundation analyses. The method involves extracting a small "condensed structural matrix" from finite element models of the superstructure, which can then be incorporated into pile group or piled raft analyses using common approaches such as elastic continuum or load transfer methods. The matrix condensation method directly couples structural and geotechnical analyses, and eliminates the need for iterative analyses between structural and geotechnical engineers. Effectiveness of the approach is illustrated through analyses of several buildings designed with a typical floor plan but with varying heights. The parametric study illustrates that superstructure stiffness can have a significant influence on foundation settlement estimates, and the stiffening effects are dominated by the lower stories of the superstructure. The proposed method aims to bridge the gap between structural and geotechnical analyses. Also, being a computationally simple and accurate approach, it is applicable to parametric or optimization studies that would otherwise involve large amounts of analyses. © 2010 ASCE.

Spring-to-Spring Balancing as Energy-Free Adjustment Method in Gravity Equilibrators

Generally, adjustment of gravity equilibrator to a new payload requires energy, e.g. to increase the pre-load of the balancing spring. A novel way of energy-free adjustment of gravity equilibrators is possible by introducing the concept of a storage spring. The storage spring supplies or stores the energy necessary to adjust the balancer spring of the gravity equilibrator. In essence the storage spring mechanism maintains a constant potential energy within the spring mechanism; energy is exchanged between the storage and balancer spring when needed. Various conceptual designs using both zero-free-length springs and regular extension springs are proposed. Two models were manufactured demonstrating the practical embodiments and functionality.

Modelling of liquefaction-induced instability in pile

Centrifuge testing has been undertaken to investigate instability failure of pile groups during seismic liquefaction, with specific reference to the 'top-down' propagation of liquefaction during the earthquake and to account for initial imperfections in pile geometry. The results of these tests were used to validate numerical models within the finite element program ABAQUS, based on the popular p-y analysis method. Pseudostatic classical and post-buckling analyses were conducted to examine the collapse behaviour of the pile groups and were found to give reasonable predictions of collapse load and conservative predictions of the associated deflection conditions. This numerical model was compared to currently published methods which were found to over-predict collapse loads. The resulting insights into the collapse of axially loaded pile groups revealed that the failure load is strongly dependent on both the depth of liquefaction propagation and initial imperfections, which reduce the collapse load.

Design method of an innovative motor for an intra-aortic ventricular assist device

A permanent-magnet motor has been designed for an innovative axial-flow ventricular assist device (VAD), to be placed in the descending aorta, intended to offload the left ventricle and augment renal perfusion in patients with congestive heart failure (CHF). For this application, an intra-aortic impeller with a built-in permanent magnet rotor is driven by an extraaortic stator working in synchronism with the natural heart. To meet this need, a two-dimensional analytical model has been developed in the MATLAB environment to estimate machine parameters; finite element analysis (FEA) has been used to refine the results. A prototype blood pump equipped with an innovative motor designed from the procedure above has been tested in a mock loop representing the human circulatory system. The performance of VAD incorporating the motor is presented. © 2009 IEEE.

Moderate energy impact analysis combining phenomenological contact law with localised damage and integral equation method

A computational impact analysis methodology has been developed, based on modal analysis and a local contact force-deflection model. The contact law is based on Hertz contact theory while contact stresses are elastic, defines a modified contact theory to take account of local permanent indentation, and considers elastic recovery during unloading. The model was validated experimentally through impact testing of glass-carbon hybrid braided composite panels. Specimens were mounted in a support frame and the contact force was inferred from the deceleration of the impactor, measured by high-speed photography. A Finite Element analysis of the panel and support frame assembly was performed to compute the modal responses. The new contact model performed well in predicting the peak forces and impact durations for moderate energy impacts (15 J), where contact stresses locally exceed the linear elastic limit and damage may be deemed to have occurred. C-scan measurements revealed substantial damage for impact energies in the range of 30-50 J. For this regime the new model predictions might be improved by characterisation of the contact law hysteresis during the unloading phase, and a modification of the elastic vibration response in line with damage levels acquired during the impact. © 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

High order schemes on three-dimensional general polyhedral meshes - Application to the level set method

In this article, we detail the methodology developed to construct arbitrarily high order schemes - linear and WENO - on 3D mixed-element unstructured meshes made up of general convex polyhedral elements. The approach is tailored specifically for the solution of scalar level set equations for application to incompressible two-phase flow problems. The construction of WENO schemes on 3D unstructured meshes is notoriously difficult, as it involves a much higher level of complexity than 2D approaches. This due to the multiplicity of geometrical considerations introduced by the extra dimension, especially on mixed-element meshes. Therefore, we have specifically developed a number of algorithms to handle mixed-element meshes composed of convex polyhedra with convex polygonal faces. The contribution of this work concerns several areas of interest: the formulation of an improved methodology in 3D, the minimisation of computational runtime in the implementation through the maximum use of pre-processing operations, the generation of novel methods to handle complex 3D mixed-element meshes and finally the application of the method to the transport of a scalar level set. © 2012 Global-Science Press.