Simulação numérica do comportamento ao impacto de componentes metálicos para aplicações de crashworthiness utilizando iniciadores de deformação configuráveis

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Evaluation of temperature influence on embedded kinematic system

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Development of hybrid composite plate (HCP) for strengthening and repair of RC structures

Tese de Doutoramento em Engenharia Civil

Development of composite auxetic structures for civil engineering applications

Tese de Doutoramento em Engenharia Têxtil

Diseño de fusibles de alta capacidad de ruptura

El objetivo general [de este proyecto] es el desarrollo de las herramientas matemáticas/computacionales para la simulación y el diseño de fusibles de alta capacidad de ruptura. El punto de arranque no es la simulación del comportamiento de fusibles sino la simulación para diseño o sea, conociendo las características de respuesta del fusible, determinar analíticamente las dimensiones y materiales a emplear. Los objetivos particulares de cada subprograma o proyecto son: Proyecto A: Modelado del proceso de prearco empleando la técnica de elementos finitos: Construcción de un modelo computacional empleando el software MSC/CAL, para representar el rango completo de operación del fusible desde régimen permanente hasta la capacidad de ruptura máxima, incorporando la variación de los parámetros con el tiempo y la temperatura. Proyecto B: Determinación de la resistencia de contacto elemento fusible/material de relleno: Obtención de los valores de la resistencia de contacto del metal base plata y cobre con el material de relleno, arena de cuarzo, con tamaños y forma de grano variables, conjuntamente con compactación no constante. Proyecto C: Simulación del comportamiento de elementos fusibles distintos en paralelo para lograr retardo en sobrecorrientes. Obtención del juego de dimensiones y pareja de metales, el cual mediante elementos en paralelo brinda el retardo equivalente al "efecto M". Proyecto D: Modelado del efecto de la sobrecarga en la operación del fusible frente a sobrecargas y cortocircuitos: Determinación del corrimiento en las curvas características tiempo/corriente, corriente de paso/corriente presunta y energía específica/corriente nominal en función del nivel de precarga del fusible para valores comprendidos entre 50% y 100%. Proyecto E: Modelo de arco mecanístico: Desarrollo del modelo analítico para el arco eléctrico en base a la teoría mecanística del arco, aplicable a elementos de sección uniforme (hilo y lámina), sección variable (estricción corta y larga) y elementos en paralelo, empleando material de relleno suelto o solidificado. Proyecto F: Aplicación de un sistema experto al diseño de una serie homogénea de fusibles de alta capacidad de ruptura, para corriente continua. Proyecto G: Desarrollo analítico/experimental de una serie de fusibles de alta tensión alta capacidad de ruptura tipo campo completo: Obtención del prototipo de fusible de 13,2 kV 63A 600MVA, capaz de interrumpir cualquier corriente que provoque su fusión desde la mínima de fusión hasta su capacidad de interrupción nominal

Caracterización y comparación de las propiedades mecánicas de dos chapas de acero avanzado de alta resistencia (AHSS): TRIP800 y DP800

En el presente trabajo, se lleva a cabo un estudio sobre las propiedades mecánicas de chapa de dos aceros avanzado de alta resistencia. La búsqueda de un modelo teórico que defina su comportamiento en régimen plástico, así como la comparativa de sus resultados con el fin de predecir su comportamiento en etapas de conformado, y ayudar a optimizar los resultados en simulación mediante elementos finitos. También se añade un ejemplo de simulación para ver la importancia de la precisión del cálculo de las propiedades mecánicas en este campo.

Aplicação de Redes Neuronais no Planeamento de Emergência em Barragens de Aterro

O controlo de segurança para preservação da integridade estrutural da barragens é, durante a fase de exploração normal, uma actividade que tem essencialmente como elemento fulcral as inspecções à estrutura e os dados resultantes das observações periódicas da obra, apoiando-se em modelos de comportamento da mesma. Neste sentido, a análise de situações de emergência requer, em regra, a atenção de um especialista em segurança de barragens, o qual poderá, perante os resultados da observação disponíveis e da aplicação de modelos do comportamento da estrutura, identificar o nível de alerta adequado à situação que se está a viver na barragem. Esta abordagem tradicional de controlo de segurança é um processo eficaz mas que apresenta a desvantagem de poder decorrer um período de tempo significativo entre a identificação de um processo anómalo e a definição do respectivo nível de gravidade. O uso de novas tecnologias de apoio à decisão e o planeamento de emergência podem contribuir para minorar os efeitos desta desvantagem. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo de aferição do comportamento de uma barragem através da aplicação de redes neuronais do tipo Perceptrão Multicamadas aos resultados da observação de uma barragem de aterro, por forma a identificar anomalias de comportamento e a quantificar o correspondente nível de alerta. A tese divide-se essencialmente em duas partes. A primeira parte aborda os aspectos que se relacionam com as barragens de aterro, nomeadamente definindo as soluções estruturais mais correntes e identificando os principais tipos de deteriorações que podem surgir nestas estruturas. São, igualmente, abordadas as questões que se relacionam com o controlo de segurança e o planeamento de emergência em barragens de aterro. A segunda parte do trabalho versa sobre o modelo de rede neuronal desenvolvido em linguagem de programação java – o modelo ALBATROZ. Este modelo permite definir o nível de alerta em função do nível de água na albufeira, da pressão registada em quatro piezómetros localizados no corpo e na fundação da barragem e do caudal percolado através da barragem e respectiva fundação. Nesta parte, o trabalho recorre, aos resultados da observação da barragem de Valtorno/Mourão e usa os resultados de um modelo de elementos finitos (desenvolvido no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do plano de observação da obra) por forma a simular o comportamento da barragem e fornecer dados para o treino da rede neuronal desenvolvida.

Cubrición parcial - Gran Via Barcelona

Partiendo de la base del proyecto: Remodelación de Gran Via de les Corts Catalanes en Barcelona, entre Plaça de les Glòries y Carrer Extremadura, el trabajo es un estudio de adecuación constructiva que propone una alternativa para la cubrición parcial de la Gran Vía, losa maciza en el proyecto original, por otra con losas ortotrópicas, sistema semiprefabricado pretensado. Consistirá en el estudio comparativo de las dos alternativas (isotrópica y ortotrópica), su cálculo mediante programa informático y el análisis y verificación general de las estructuras de barras y elementos finitos, señalando las principales diferencias encontradas y justificando la opción escogida según la ejecución de la obra, el estado de mediciones y el presupuesto. El pliego de condiciones incluido tiene como objeto principal la enumeración y el detalle de las condiciones de tipo técnico de control y ejecución que han ceñir la construcción de cada una de las alternativas

Disseny amforal i canvi tecnològic al voltant del canvi d'era: L'aportació de l'Anàlisi d'Elements Finits

[spa] Mediante el Análisis de Elementos Finitos es posible evaluar un diseño cerámico en función de su tipologia y de las propiedades mecánicas del material. Su aplicación permite considerar los factores tecnológicos que puedan haber condicionado el cambio de una tipologia cerámica. Este análisis se ilustra con los primeros tipos anfóricos romanos producidos en la actual Cataluña (Dressel 1, Tarraconense 1 y Pascuai 7).

Formulação probabilística para análise de tabuleiros de pontes rodoviárias com irregularidades superficiais

Apresenta-se uma metodologia de análise com o objetivo de avaliarem-se os efeitos de irregularidades superficiais no tabuleiro sobre o comportamento de pontes rodoviárias submetidas à passagem de veículos. A resposta do sistema veículo-estrutura é obtida no domínio da freqüência segundo modelo probabilístico. Simula-se o tabuleiro das pontes com modelo de elementos finitos unidimensionais com massas discretizadas nos nós, o veículo por um sistema de massas, molas e amortecedores, e as irregularidades da pista são definidas por modelo não-determinístico com base na densidade espectral do perfil do pavimento. O carregamento é constituído por uma sucessão infinita de veículos igualmente espaçados deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro e a atenção é concentrada na fase permanente da resposta do sistema. Deduzem-se as expressões das densidades espectrais dos elementos da resposta a partir da densidade espectral do perfil irregular do pavimento e integram-se numericamente tais expressões para se chegar às médias quadráticas desses elementos. Observa-se a resposta do modelo matemático, com base em uma ponte rodoviária de concreto armado simplesmente apoiada, com seção tipo caixão e inércia constante, em termos de deslocamentos e esforços nas seções onde ocorrem os efeitos máximos. As conclusões versam sobre a adequação da metodologia desenvolvida e do modelo matemático empregado.

Evaluación por competencias : una adaptación de la metodología docente.

Resumen tomado de la publicación

Simulation of interlaminar and intralaminar damage in polymer-based composites for aeronautical applications under impact loading

La aplicación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados mediante fibras largas (FRP, Fiber Reinforced Plastic), está en gradual crecimiento debido a las buenas propiedades específicas y a la flexibilidad en el diseño. Uno de los mayores consumidores es la industria aeroespacial, dado que la aplicación de estos materiales tiene claros beneficios económicos y medioambientales. Cuando los materiales compuestos se aplican en componentes estructurales, se inicia un programa de diseño donde se combinan ensayos reales y técnicas de análisis. El desarrollo de herramientas de análisis fiables que permiten comprender el comportamiento mecánico de la estructura, así como reemplazar muchos, pero no todos, los ensayos reales, es de claro interés. Susceptibilidad al daño debido a cargas de impacto fuera del plano es uno de los aspectos de más importancia que se tienen en cuenta durante el proceso de diseño de estructuras de material compuesto. La falta de conocimiento de los efectos del impacto en estas estructuras es un factor que limita el uso de estos materiales. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de ensayo virtual mecánico para analizar la resistencia a impacto de una estructura es de gran interés, pero aún más, la predicción de la resistencia residual después del impacto. En este sentido, el presente trabajo abarca un amplio rango de análisis de eventos de impacto a baja velocidad en placas laminadas de material compuesto, monolíticas, planas, rectangulares, y con secuencias de apilamiento convencionales. Teniendo en cuenta que el principal objetivo del presente trabajo es la predicción de la resistencia residual a compresión, diferentes tareas se llevan a cabo para favorecer el adecuado análisis del problema. Los temas que se desarrollan son: la descripción analítica del impacto, el diseño y la realización de un plan de ensayos experimentales, la formulación e implementación de modelos constitutivos para la descripción del comportamiento del material, y el desarrollo de ensayos virtuales basados en modelos de elementos finitos en los que se usan los modelos constitutivos implementados.

Aplicação de redes neuronais no planeamento de emergência em barragens de aterro

O controlo de segurança para preservação da integridade estrutural da barragens é, durante a fase de exploração normal, uma actividade que tem essencialmente como elemento fulcral as inspecções à estrutura e os dados resultantes das observações periódicas da obra, apoiando-se em modelos de comportamento da mesma. Neste sentido, a análise de situações de emergência requer, em regra, a atenção de um especialista em segurança de barragens, o qual poderá, perante os resultados da observação disponíveis e da aplicação de modelos do comportamento da estrutura, identificar o nível de alerta adequado à situação que se está a viver na barragem. Esta abordagem tradicional de controlo de segurança é um processo eficaz mas que apresenta a desvantagem de poder decorrer um período de tempo significativo entre a identificação de um processo anómalo e a definição do respectivo nível de gravidade. O uso de novas tecnologias de apoio à decisão e o planeamento de emergência podem contribuir para minorar os efeitos desta desvantagem. O presente trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo de aferição do comportamento de uma barragem através da aplicação de redes neuronais do tipo Perceptrão Multicamadas aos resultados da observação de uma barragem de aterro, por forma a identificar anomalias de comportamento e a quantificar o correspondente nível de alerta. A tese divide-se essencialmente em duas partes. A primeira parte aborda os aspectos que se relacionam com as barragens de aterro, nomeadamente definindo as soluções estruturais mais correntes e identificando os principais tipos de deteriorações que podem surgir nestas estruturas. São, igualmente, abordadas as questões que se relacionam com o controlo de segurança e o planeamento de emergência em barragens de aterro. A segunda parte do trabalho versa sobre o modelo de rede neuronal desenvolvido em linguagem de programação java – o modelo ALBATROZ. Este modelo permite definir o nível de alerta em função do nível de água na albufeira, da pressão registada em quatro piezómetros localizados no corpo e na fundação da barragem e do caudal percolado através da barragem e respectiva fundação. Nesta parte, o trabalho recorre, aos resultados da observação da barragem de Valtorno/Mourão e usa os resultados de um modelo de elementos finitos (desenvolvido no Laboratório Nacional de Engenharia Civil, no âmbito do plano de observação da obra) por forma a simular o comportamento da barragem e fornecer dados para o treino da rede neuronal desenvolvida.O presente trabalho concluiu que o desenvolvimento de redes neuronais que relacionem o valor registado em algumas das grandezas monitorizadas pelo sistema de observação com o nível de alerta associado a uma situação anómala na barragem pode contribuir para a identificação rápida de situações de emergência e permitir agir atempadamente na sua resolução. Esta característica transforma a redes neuronais numa peça importante no planeamento de emergência em barragens e constitui, igualmente, um instrumento de apoio ao controlo de segurança das mesmas.

Análise e simulação de um sistema de equações químicas do tipo difusão-reação

Neste trabalho estudamos um sistema de equações diferenciais parabólicas que modelam um processo de difusão-reação em duas dimensões da mistura molecular e reação química irreverssível de um só passo entre duas espécies químicas A e B para formar um produto P. Apresentamos resultados analíticos e computacionais relacionados à existência e unicidade da solução, assim como estimativas do erro local e global utilizando elementos finitos. Para os resultados analíticos usamos a teoria de semigrupos e o principio do m´aximo, e a simulação numérica é feita usando diferenças finitas centrais e o esquema simplificado de Ruge-Kutta. As estimativas do erro local para o problema semi-discretizado são estabelecidas usando normas de Sobolev, e para estimar o erro global usamos shadowing finito a posteriori. Os resultados computacionais obtidos mostram que o comportamento da solução está dentro do esperado e concorda com resultados da referências. Assim mesmo as estimativas do erro local e global são obtidas para pequenos intervalos de tempo e assumindo suficiente regularidade sobre a velocidade do fluído no qual realiza-se o processo. Destacamos que a estimativa do erro global usando shadowing finito é obtida sob hipóteses a posteriori sobre o operador do problema e o forte controle da velocidade numa vizinhança suficientemente pequena.

Desenvolvimento de plataforma de força para teclado de computador

Com o advento dos computadores surgiram problemas de saúde associados à tarefa da digitação, causados, principalmente, pela posição estática do corpo, pela repetitividade de movimentos dos membros superiores, pelas forças envolvidas, etc. Na tentativa de relacionar esses fatores com os distúrbios, iniciou-se, na década de 90, o estudo da força aplicada nos teclados de computador. O objetivo principal deste trabalho é desenvolver uma plataforma para medir a força aplicada nas teclas do teclado de um computador durante a digitação, para utilização em biomecânica. Foi projetada e construída uma plataforma de força que mede a força vertical, Fz, (direção z), a força horizontal (e transversal) ao teclado, Fy, (direção y) e o momento aplicado no eixo horizontal e longitudinal ao teclado, Mx, (eixo x). Com estes três componentes é possível, numa análise bidimensional (2D), determinar a magnitude do vetor força resultante, seu ângulo com plano horizontal e o ponto de aplicação sobre a superfície da tecla. Os sensores utilizados foram os extensômetros de resistência elétrica, colados em placas que deformam-se principalmente por flexão; estes sensores são ligados em ponte completa de Wheatstone para cada canal de aquisição, Fx, Fy e Mx. Foi construído um modelo em madeira, PVC e acrílico, na escala 4,5:1, para auxiliar na busca de soluções de problemas de construção. Com o objetivo de aperfeiçoar o modelo conceitual criado, utilizou-se modelamento numérico (elementos finitos) Os sinais adquiridos para cada canal são independentes, não necessitando de operações posteriores. O sistema de aquisição é composto por um computador para armazenar e posteriormente tratar matematicamente os dados coletados, por uma placa de aquisição (A/D) de dados, um condicionador de sinais e o programa SAD 2.0 para aquisição e processamento de dados. A linearidade da plataforma de força permaneceu dentro dos limites de 3 % durante a calibração estática. Os testes dinâmicos mostraram que a plataforma possui freqüência fundamental superior a 2300 Hz, o que permite que ela seja utilizada com segurança para a análise de forças aplicadas durante a digitação.