Análise da fluência em vigas de concreto armado simplesmente apoiadas usando o método dos elementos finitos

Reinforced concrete creep is a phenomenon of great importance. Despite being appointed as the main cause of several pathologies, its effects are yet considered in a simplified way by the structural designers. In addition to studying the phenomenon in reinforced concrete structures and its current account used in the structural analysis, this paper compares creep strains at simply supported reinforced concrete beams in analytical and in experimental forms with the finite element method (FEM) simulation results. The strains and deflections obtained through the analytical form were calculated with the Brazilian code NBR 6118 (2014) recommendations and the simplified method from CEB-FIP 90 and the experimental results were extracted from tests available in the literature. Finite element simulations are performed using ANSYS Workbench software, using its 3D SOLID 186 elements and the structure symmetry. Analyzes of convergence using 2D PLANE 183 elements are held as well. At the end, it is concluded that FEM analyses are quantitative and qualitative efficient for the estimation of this non-linearity and that the method utilized to obtain the creep coefficients values is sufficiently accurate.

Análise experimental e numérica do comportamento de estruturas de solo reforçado com geossintéticos : solo granular versus fino

As estruturas de solo reforçado com geossintéticos são normalmente constituídas por solos granulares com boas propriedades físicas e mecânicas. O uso de apenas este tipo de solos pode proporcionar o aumento, por vezes insustentável, do custo da execução das estruturas e o aumento do seu impacto ambiental. Deste modo, as estruturas de solo reforçado perdem a sua vantagem competitiva em relação a outros tipos de estruturas (muros de betão, muros de gravidade, muros de gabiões, etc.). Para resolver este problema podem ser utilizados outros tipos de solos (solos locais, finos, com propriedades físicas e mecânicas piores mas, no entanto, mais baratos) para a execução deste tipo de estruturas. De forma geral, com este estudo pretendeu-se contribuir para o incremento do conhecimento sobre a utilização de solos finos para a construção de estruturas de solo reforçado (muros e taludes). Para tal avaliaram-se as diferenças no comportamento mecânico dos materiais compósitos (solo granular reforçado versus solo fino reforçado) e das estruturas de solo reforçado constituídas com os dois tipos de solos. Assim, os objetivos deste estudo foram avaliar: a influência de vários parâmetros nas propriedades mecânicas e na capacidade de carga dos solos reforçados com geossintéticos; a influência de vários parâmetros no dimensionamento das estruturas de solo reforçado; e o comportamento das estruturas dimensionadas (incluindo a estabilidade global e a influência do processo construtivo) recorrendo a uma ferramenta numérica (PLAXIS). Para cumprir os objetivos propostos foram realizadas análises experimentais em laboratório (análise do comportamento do solo reforçado através de ensaios triaxiais e de California Bearing Ratio) e análises numéricas (dimensionamento de estruturas de solo reforçado; modelação numérica do comportamento através de uma ferramenta numérica comercial com o método dos elementos finitos). Os resultados dos ensaios experimentais mostraram que o comportamento mecânico e a capacidade de carga do solo foram incrementados com a inclusão das camadas de geossintético. Este efeito variou com os diversos parâmetros analisados mas, de forma geral, foi mais importante no solo fino (solo com propriedades mecânicas piores). As análises numéricas mostraram que as estruturas de solo fino precisaram de maior densidade de reforços para serem estáveis. Além disso, as estruturas de solo fino foram mais deformáveis e o efeito do seu processo construtivo foi mais importante (principalmente para estruturas de solo fino saturado).

Avaliação do potencial passível de conversão em energia elétrica das correntes na plataforma continental sul brasileira

O contínuo crescimento da população mundial aumenta a demanda e a competição por energia, colocando grande esforço sobre as fontes de energia não renováveis existentes. Devido a isso, políticas globais para geração de energias renováveis e menos poluentes estão sendo fortalecidas, além de promoverem o desenvolvimento de novas tecnologias. Várias formas de conversão de energia foram desenvolvidas no decorrer dos anos, com destaque para os conversores de energia das correntes a base de turbinas, que demonstram alta capacidade de conversão energética e já se encontram em funcionamento. O modelo tridimensional TELEMAC3D foi utilizado para a investigação dos processos hidrodinâmicos. Este modelo foi acoplado ao módulo de conversão de energia para as análises nos locais de maior viabilidade e conversão energética na Plataforma Continental do Sul do Brasil. A região de estudo demonstrou possuir duas regiões com alto potencial para a exploração da energias das correntes marinhas, entretanto a região mais viável para a instalação de conversores de corrente é a região norte delimitada entre o Farol da Conceição e o Farol da Solidão, podendo atingir potência média de 10kW=Dia, e alcançando valores integrados de 3:5MW=Ano. Através de uma análise da sazonalidade foram observados, durante a primavera os períodos mais energéticos em ambas as regiões estudadas. As maiores intensidades de conversão de energia foram estimadas com variabilidade temporal de 16 dias, demonstrando alta correlação com eventos associados à passagem de frentes meteorológicas na região. O sítio da região norte, com a presença de barreiras que representam a forma dos conversores, se destaca mantendo boa conversão durante os eventos de ótimo potencial energético. Esta melhora se deve ao efeito de intensificação do campo de correntes associado à presença da estrutura física que otimiza a eficiência do sítio. Não foram observadas diferenças significativas no padrão de variabilidade temporal das simulações estudadas, indicando que a presença das barreiras não induz grandes alterações no padrão temporal da conversão de energia nas escalas temporais analisadas neste trabalho. Os eventos de alta geração de energia foram relacionados a incidência de fortes ventos de quadrante sul e norte, indicando que pelo formato e disposição dos conversores, ventos de sudoeste e norte podem favorecer ótimos eventos de conversão de energia. As simulações dos sítios de conversão demonstraram alta capacidade de geração energética, com quatro eventos de extrema geração de energia. Entretanto, o sítio da região norte demonstrou eficiência superior a 59,39 GWh ao ano, equivalendo a 0.22% do consumo energético do estado do Rio Grande do Sul no ano de 2010.

Beurteilung der geomechanischen Stabilität und Integrität von Endlagerbergwerken im Salzgebirge auf der Grundlage geologischer und ingenieurgeologischer Untersuchungen

Any safety assessment of a permanent repository for radioactive waste has to include an analysis of the geomechanical stability of the repository and integrity of the geological barrier. Such an analysis is based on geological and engineering geological studies of the site, on laboratory and in-situ experiments, and on numerical calculations. Central part of the safety analysis is the geomechanical modelling of the host rock. The model should simulate as closely as possible the conditions at the site and the behaviour of the rock (e.g., geology, repository geometry, initial rock stress, and constitutive models). On the basis of the geomechanical model numerical calculations are carried out using the finite-element method and an appropriate discretization of the repository and the host rock. The assessment of the repository stability and the barrier integrity is based on calculated stress and deformation and on the behaviour of the host rock measured and observed in situ. An example of the geomechanical analysis of the stability and integrity of the Bartensieben mine, a former salt mine, is presented. This mine is actually used as a repository for low level radioactive waste. The example includes all necessary steps of geological, engineering geological, and geotechnical investigations.

A Posteriori Error Analysis of hp-Version Discontinuous Galerkin Finite Element Methods for Second-Order Quasilinear Elliptic Problems

We develop the a-posteriori error analysis of hp-version interior-penalty discontinuous Galerkin finite element methods for a class of second-order quasilinear elliptic partial differential equations. Computable upper and lower bounds on the error are derived in terms of a natural (mesh-dependent) energy norm. The bounds are explicit in the local mesh size and the local degree of the approximating polynomial. The performance of the proposed estimators within an automatic hp-adaptive refinement procedure is studied through numerical experiments.

Algoritmos de otimização e o problema inverso aplicados à identificação de danos estruturais com o uso do MEF

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015.

Validação numérica de leis coesivas triangulares para previsão de resistência de juntas adesivas em tração e corte puros

As ligações adesivas surgiram pela necessidade de se encontrar formas de unir componentes, por vezes de materiais distintos, através de técnicas mais vantajosas. Atualmente, qualquer estrutura deve ser resistente, robusta e leve, o que amplificou o interesse industrial e investigação nas ligações adesivas, principalmente na melhoria das propriedades de resistência e fratura de materiais. Desta forma, nos últimos anos, a utilização de juntas adesivas em aplicações industriais tem aumentando gradualmente, substituindo alguns métodos de ligação tradicionais, por apresentarem vantagens, tais como redução de concentração de tensões, reduzido peso e facilidade de processamento/fabrico. Em qualquer área da indústria, a aplicação em larga escala de uma determinada técnica de ligação supõe que estão disponíveis ferramentas confiáveis para o projeto e previsão da rotura. Neste âmbito, os Modelos de Dano Coesivo (MDC) são uma ferramenta fundamental, apesar de ser necessário estimar as leis coesivas do adesivo à tração e corte para entrada nos modelos numéricos. Nesta dissertação o trabalho experimental consistiu no tratamento de dados com vista à obtenção de GIc e GIIc, com a devida comparação de diferentes métodos de redução, bem como potencialidades e limitações dos mesmos. É realizada uma comparação dos três adesivos: Araldite® AV138, Araldite® 2015 e SikaForce® 7752. Neste trabalho estudou-se também numericamente a adequação de leis coesivas triangulares na previsão no comportamento de juntas adesivas, nomeadamente nas curvas forçadeslocamento (P-) de ensaios Double-Cantilever Beam para caracterização à tração e ensaios End-Notched Flexure para caraterização ao corte. Os ensaios foram simulados numericamente pelo software ABAQUS®, recorrendo ao Método de Elementos Finitos (MEF) e um MDC triangular, com o intuito de estimar a lei coesiva de cada um dos adesivos. Para os adesivos Araldite®AV138 e Araldite®2015, à tração e ao corte, a lei triangular previu o comportamento do adesivo com alguma razoabilidade. Para a previsão da resistência do adesivo SikaForce® 7752, a lei triangular não se ajustou convenientemente nem à tração nem ao corte. Considera-se que, para este adesivo, uma lei trapezoidal é a que melhor se adequa, devido à ductilidade do mesmo.

Appraisal of open software for finite element simulation of 2D metal sheet laser cut.

FEA simulation of thermal metal cutting is central to interactive design and manufacturing. It is therefore relevant to assess the applicability of FEA open software to simulate 2D heat transfer in metal sheet laser cuts. Application of open source code (e.g. FreeFem++, FEniCS, MOOSE) makes possible additional scenarios (e.g. parallel, CUDA, etc.), with lower costs. However, a precise assessment is required on the scenarios in which open software can be a sound alternative to a commercial one. This article contributes in this regard, by presenting a comparison of the aforementioned freeware FEM software for the simulation of heat transfer in thin (i.e. 2D) sheets, subject to a gliding laser point source. We use the commercial ABAQUS software as the reference to compare such open software. A convective linear thin sheet heat transfer model, with and without material removal is used. This article does not intend a full design of computer experiments. Our partial assessment shows that the thin sheet approximation turns to be adequate in terms of the relative error for linear alumina sheets. Under mesh resolutions better than 10e−5 m , the open and reference software temperature differ in at most 1 % of the temperature prediction. Ongoing work includes adaptive re-meshing, nonlinearities, sheet stress analysis and Mach (also called ‘relativistic’) effects.

A class of domain decomposition preconditioners for hp-discontinuous Galerkin finite element methods

In this article we address the question of efficiently solving the algebraic linear system of equations arising from the discretization of a symmetric, elliptic boundary value problem using hp-version discontinuous Galerkin finite element methods. In particular, we introduce a class of domain decomposition preconditioners based on the Schwarz framework, and prove bounds on the condition number of the resulting iteration operators. Numerical results confirming the theoretical estimates are also presented.

High-order hp-adaptive discontinuous Galerkin finite element methods for compressible fluid flows

This article is concerned with the construction of general isotropic and anisotropic adaptive strategies, as well as hp-mesh refinement techniques, in combination with dual-weighted-residual a posteriori error indicators for the discontinuous Galerkin finite element discretization of compressible fluid flow problems.

Inverse Spectral Methods in Acoustic Normal Mode Velocimetry of High Reynolds Number Spherical Couette Flows

Experimental geophysical fluid dynamics often examines regimes of fluid flow infeasible for computer simulations. Velocimetry of zonal flows present in these regimes brings many challenges when the fluid is opaque and vigorously rotating; spherical Couette flows with molten metals are one such example. The fine structure of the acoustic spectrum can be related to the fluid’s velocity field, and inverse spectral methods can be used to predict and, with sufficient acoustic data, mathematically reconstruct the velocity field. The methods are to some extent inherited from helioseismology. This work develops a Finite Element Method suitable to matching the geometries of experimental setups, as well as modelling the acoustics based on that geometry and zonal flows therein. As an application, this work uses the 60-cm setup Dynamo 3.5 at the University of Maryland Nonlinear Dynamics Laboratory. Additionally, results obtained using a small acoustic data set from recent experiments in air are provided.

Avances en el proyecto “Determinación de la forma exacta de la tierra a través de MEMS en un Nano-Satélite”

El presente trabajo muestra el avance que se tiene en el proyecto denominado “Diseño y Construcción de un Nano-Satélite”, que se lleva a cabo en la ESIME U.P.-Ticoman del Instituto Politécnico Nacional. Este proyecto tiene como objetivo principal introducir a los alumnos en el que hacer espacial, se trata de un satélite con un peso de un kilogramo y es un cubo de 10 cm de lado y cuya carga útil tiene MEMS (sistema de micro-electromecánicos) que harán las veces de péndulo electrónico, lo anterior y los armónicos gravitacionales permitirán determinar la forma de la tierra. Se presenta el fundamento matemático, los componentes del satélite, el diseño preliminar de la estructura, la manufactura de la estructura, los resultados de un ensaye estructural destructivo y el análisis estático por elementos finitos.

Geotechnical Data and Numerical Analysis of Edifice Collapse and Related Hazards at Pacaya Volcano, Guatemala

The continual eruptive activity, occurrence of an ancestral catastrophic collapse, and inherent geologic features of Pacaya volcano (Guatemala) demands an evaluation of potential collapse hazards. This thesis merges techniques in the field and laboratory for a better rock mass characterization of volcanic slopes and slope stability evaluation. New field geological, structural, rock mechanical and geotechnical data on Pacaya is reported and is integrated with laboratory tests to better define the physical-mechanical rock mass properties. Additionally, this data is used in numerical models for the quantitative evaluation of lateral instability of large sector collapses and shallow landslides. Regional tectonics and local structures indicate that the local stress regime is transtensional, with an ENE-WSW sigma 3 stress component. Aligned features trending NNW-SSE can be considered as an expression of this weakness zone that favors magma upwelling to the surface. Numerical modeling suggests that a large-scale collapse could be triggered by reasonable ranges of magma pressure (greater than or equal to 7.7 MPa if constant along a central dyke) and seismic acceleration (greater than or equal to 460 cm/s2), and that a layer of pyroclastic deposits beneath the edifice could have been a factor which controlled the ancestral collapse. Finally, the formation of shear cracks within zones of maximum shear strain could provide conduits for lateral flow, which would account for long lava flows erupted at lower elevations.

High Frequency Class DE Converter Using a Multilayer Coreless PCB Transformer

In modern power electronics equipment, it is desirable to design a low profile, high power density, and fast dynamic response converter. Increases in switching frequency reduce the size of the passive components such as transformers, inductors, and capacitors which results in compact size and less requirement for the energy storage. In addition, the fast dynamic response can be achieved by operating at high frequency. However, achieving high frequency operation while keeping the efficiency high, requires new advanced devices, higher performance magnetic components, and new circuit topology. These are required to absorb and utilize the parasitic components and also to mitigate the frequency dependent losses including switching loss, gating loss, and magnetic loss. Required performance improvements can be achieved through the use of Radio Frequency (RF) design techniques. To reduce switching losses, resonant converter topologies like resonant RF amplifiers (inverters) combined with a rectifier are the effective solution to maintain high efficiency at high switching frequencies through using the techniques such as device parasitic absorption, Zero Voltage Switching (ZVS), Zero Current Switching (ZCS), and a resonant gating. Gallium Nitride (GaN) device technologies are being broadly used in RF amplifiers due to their lower on- resistance and device capacitances compared with silicon (Si) devices. Therefore, this kind of semiconductor is well suited for high frequency power converters. The major problems involved with high frequency magnetics are skin and proximity effects, increased core and copper losses, unbalanced magnetic flux distribution generating localized hot spots, and reduced coupling coefficient. In order to eliminate the magnetic core losses which play a crucial role at higher operating frequencies, a coreless PCB transformer can be used. Compared to the conventional wire-wound transformer, a planar PCB transformer in which the windings are laid on the Printed Board Circuit (PCB) has a low profile structure, excellent thermal characteristics, and ease of manufacturing. Therefore, the work in this thesis demonstrates the design and analysis of an isolated low profile class DE resonant converter operating at 10 MHz switching frequency with a nominal output of 150 W. The power stage consists of a class DE inverter using GaN devices along with a sinusoidal gate drive circuit on the primary side and a class DE rectifier on the secondary side. For obtaining the stringent height converter, isolation is provided by a 10-layered coreless PCB transformer of 1:20 turn’s ratio. It is designed and optimized using 3D Finite Element Method (FEM) tools and radio frequency (RF) circuit design software. Simulation and experimental results are presented for a 10-layered coreless PCB transformer operating in 10 MHz.