916 resultados para Numerical analysis, Finite element method, Nonlinear analysis


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Esta tese apresenta uma abordagem para a criação rápida de modelos em diferentes geometrias (complexas ou de alta simetria) com objetivo de calcular a correspondente intensidade espalhada, podendo esta ser utilizada na descrição de experimentos de es- palhamento à baixos ângulos. A modelagem pode ser realizada com mais de 100 geome- trias catalogadas em um Banco de Dados, além da possibilidade de construir estruturas a partir de posições aleatórias distribuídas na superfície de uma esfera. Em todos os casos os modelos são gerados por meio do método de elementos finitos compondo uma única geometria, ou ainda, compondo diferentes geometrias, combinadas entre si a partir de um número baixo de parâmetros. Para realizar essa tarefa foi desenvolvido um programa em Fortran, chamado de Polygen, que permite modelar geometrias convexas em diferentes formas, como sólidos, cascas, ou ainda com esferas ou estruturas do tipo DNA nas arestas, além de usar esses modelos para simular a curva de intensidade espalhada para sistemas orientados e aleatoriamente orientados. A curva de intensidade de espalhamento é calculada por meio da equação de Debye e os parâmetros que compõe cada um dos modelos, podem ser otimizados pelo ajuste contra dados experimentais, por meio de métodos de minimização baseados em simulated annealing, Levenberg-Marquardt e algorítmicos genéticos. A minimização permite ajustar os parâmetros do modelo (ou composição de modelos) como tamanho, densidade eletrônica, raio das subunidades, entre outros, contribuindo para fornecer uma nova ferramenta para modelagem e análise de dados de espalhamento. Em outra etapa desta tese, é apresentado o design de modelos atomísticos e a sua respectiva simulação por Dinâmica Molecular. A geometria de dois sistemas auto-organizado de DNA na forma de octaedro truncado, um com linkers de 7 Adeninas e outro com linkers de ATATATA, foram escolhidas para realizar a modelagem atomística e a simulação por Dinâmica Molecular. Para este sistema são apresentados os resultados de Root Mean Square Deviations (RMSD), Root Mean Square Fluctuations (RMSF), raio de giro, torção das hélices duplas de DNA além da avaliação das ligações de Hidrogênio, todos obtidos por meio da análise de uma trajetória de 50 ns.

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Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a geração de dados e apresentação de resultados, específico para as estruturas de edifícios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para análise de estruturas com base no Método dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilização de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilização de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como nó mestre e trechos rígidos. A linguagem computacional adotada para a elaboração das rotinas mencionadas é o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programação visual estruturado na programação orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alterações e adições de funções possam ser realizadas com facilidade, sem que todo o conjunto de programas precise ser analisado e modificado. Por fim, o programa deve servir como um verdadeiro ambiente para análise de estruturas de edifícios, controlando através de uma interface amigável com o usuário uma série de outros programas já desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.

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De modo a satisfazer aspectos de resistência, custo ou conforto, o aperfeiçoamento do desempenho das estruturas é uma meta sempre almejada na Engenharia. Melhorias têm sido alcançadas dado ao crescente uso de materiais compósitos, pois estes apresentam propriedades físicas diferenciadas capazes de atender as necessidades de projeto. Associado ao emprego de compósitos, o estudo da plasticidade demonstra uma interessante alternativa para aumentar o desempenho estrutural ao conferir uma capacidade resistente adicional ao conjunto. Entretanto, alguns problemas podem ser encontrados na análise elastoplástica de compósitos, além das próprias dificuldades inerentes à incorporação de fibras na matriz, no caso de compósitos reforçados. A forma na qual um compósito reforçado por fibras e suas fases têm sua representação e simulação é de extrema importância para garantir que os resultados obtidos sejam compatíveis com a realidade. À medida que se desenvolvem modelos mais refinados, surgem problemas referentes ao custo computacional, além da necessidade de compatibilização dos graus de liberdade entre os nós das malhas de elementos finitos da matriz e do reforço, muitas vezes exigindo a coincidência das referidas malhas. O presente trabalho utiliza formulações que permitem a representação de compósitos reforçados com fibras sem que haja a necessidade de coincidência entre malhas. Além disso, este permite a simulação do meio e do reforço em regime elastoplástico com o objetivo de melhor estudar o real comportamento. O modelo constitutivo adotado para a plasticidade é o de von Mises 2D associativo com encruamento linear positivo e a solução deste modelo foi obtida através de um processo iterativo. A formulação de elementos finitos posicional é adotada com descrição Lagrangeana Total e apresenta as posições do corpo no espaço como parâmetros nodais. Com o intuito de averiguar a correta implementação das formulações consideradas, exemplos para validação e apresentação das funcionalidades do código computacional desenvolvido foram analisados.

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Este trabalho desenvolve e apresenta um modelo tridimensional em elementos finitos de um cabo umbilical do tipo STU (Steel Tube Umbilical) utilizado na extração offshore de petróleo. Tal modelo é utilizado para estudar o carregamento de crushing, que é imposto ao cabo umbilical pelas sapatas do tensionador durante o seu lançamento, de modo a obter de forma detalhada a distribuição de tensões nos componentes do núcleo, com foco nos tubos de aço utilizados para o transporte de fluidos. A metodologia empregada no desenvolvimento do modelo é descrita detalhadamente ao longo do trabalho, de forma que possa vir a ser utilizada no estudo de outras configurações de cabos umbilicais. O modelo elaborado é utilizado (i) como paradigma para a validação de um modelo bidimensional, que visa analisar o mesmo problema de forma mais simples e rápida, e (ii) para o estudo do comportamento das tensões nos tubos de aço na região de transição de entrada/saída da sapata. Na comparação entre os modelos bi e tridimensional, o trabalho conclui pela validade do modelo bidimensional na avaliação das tensões nos tubos de aço resultantes do carregamento de crushing, na região central do cabo. O estudo realizado na região de transição de entrada/saída da sapata permitiu verificar que ocorre um aumento dos níveis de tensão nos tubos de aço nessas regiões de transição, com redistribuição do campo de tensões após plastificação.

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Most of the analytical models devoted to determine the acoustic properties of a rigid perforated panel consider the acoustic impedance of a single hole and then use the porosity to determine the impedance for the whole panel. However, in the case of not homogeneous hole distribution or more complex configurations this approach is no longer valid. This work explores some of these limitations and proposes a finite element methodology that implements the linearized Navier Stokes equations in the frequency domain to analyse the acoustic performance under normal incidence of perforated panel absorbers. Some preliminary results for a homogenous perforated panel show that the sound absorption coefficient derived from the Maa analytical model does not match those from the simulations. These differences are mainly attributed to the finite geometry effect and to the spatial distribution of the perforations for the numerical case. In order to confirm these statements, the acoustic field in the vicinities of the perforations is analysed for a more complex configuration of perforated panel. Additionally, experimental studies are carried out in an impedance tube for the same configuration and then compared to previous methods. The proposed methodology is shown to be in better agreement with the laboratorial measurements than the analytical approach.

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Las fórmulas basadas en la teoría de la elasticidad son ampliamente utilizadas para el cálculo de asientos de cimentaciones, ya que la totalidad de la normativa geotécnica recomienda su empleo. No obstante, estos métodos no cubren todas las situaciones geotécnicamente posibles ya que frecuentemente las condiciones geológicas son complejas. En este trabajo se analiza la influencia de la presencia de una capa rígida inclinada en los asientos elásticos de una cimentación superficial. Para ello se han resuelto 273 modelos tridimensionales no lineales de elementos finitos, variando los parámetros clave del problema: la inclinación y la profundidad de la capa rígida y la rigidez de la cimentación. Finalmente, se ha realizado un análisis estadístico de los resultados de los modelos y se ha propuesto una fórmula que puede ser utilizada en el cálculo de asientos por métodos elásticos, para tener en consideración la presencia de una capa rígida inclinada en profundidad.

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The eardrum separates the external ear from the middle ear and it is responsible to convert the acoustical energy into mechanical energy. It is divided by pars tensa and pars flaccida. The aim of this work is to analyze the susceptibility of the four quadrants of the pars tensa under negative pressure, to different lamina propria fibers distribution. The development of associated ear pathology, in particular the formation of retraction pockets, is also evaluated. To analyze these effects, a computational biomechanical model of the tympano-ossicular chain was constructed using computerized tomography images and based on the finite element method. Three fibers distributions in the eardrum middle layer were compared: case 1 (eardrum with a circular band of fibers surrounding all quadrants equally), case 2 (eardrum with a circular band of fibers that decreases in thickness in posterior quadrants), case 3 (eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant). A static analysis was performed by applying approximately 3000Pa in the eardrum. The pars tensa of the eardrum was divided in four quadrants and the displacement of a central point of each quadrant analyzed. The largest displacements of the eardrum were obtained for the eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant.

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The eardrum separates the external ear from the middle ear and it is responsible to convert the acoustical energy into mechanical energy. It is divided by pars tensa and pars flaccida. The aim of this work is to analyze the susceptibility of the four quadrants of the pars tensa under negative pressure, to different lamina propria fibers distribution. The development of associated ear pathology, in particular the formation of retraction pockets, is also evaluated. To analyze these effects, a computational biomechanical model of the tympano-ossicular chain was constructed using computerized tomography images and based on the finite element method. Three fibers distributions in the eardrum middle layer were compared: case 1 (eardrum with a circular band of fibers surrounding all quadrants equally), case 2 (eardrum with a circular band of fibers that decreases in thickness in posterior quadrants), case 3 (eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant). A static analysis was performed by applying approximately 3000Pa in the eardrum. The pars tensa of the eardrum was divided in four quadrants and the displacement of a central point of each quadrant analyzed. The largest displacements of the eardrum were obtained for the eardrum without circular fibers in the posterior/superior quadrant.

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Turner-Fairbank Highway Research Center, Office of Safety Research and Development, McLean, Va.

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The influence of three dimensional effects on isochromatic birefringence is evaluated for planar flows by means of numerical simulation. Two fluid models are investigated in channel and abrupt contraction geometries. In practice, the flows are confined by viewing windows, which alter the stresses along the optical path. The observed optical properties differ therefore from their counterpart in an ideal two-dimensional flow. To investigate the influence of these effects, the stress optical rule and the differential propagation Mueller matrix are used. The material parameters are selected so that a retardation of multiple orders is achieved, as is typical for highly birefringent melts. Errors due to three dimensional effects are mainly found on the symmetry plane, and increase significantly with the flow rate. Increasing the geometric aspect ratio improve the accuracy provided that the error on the retardation is less than one order. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

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To foster ongoing international cooperation beyond ACES (APEC Cooperation for Earthquake Simulation) on the simulation of solid earth phenomena, agreement was reached to work towards establishment of a frontier international research institute for simulating the solid earth: iSERVO = International Solid Earth Research Virtual Observatory institute (http://www.iservo.edu.au). This paper outlines a key Australian contribution towards the iSERVO institute seed project, this is the construction of: (1) a typical intraplate fault system model using practical fault system data of South Australia (i.e., SA interacting fault model), which includes data management and editing, geometrical modeling and mesh generation; and (2) a finite-element based software tool, which is built on our long-term and ongoing effort to develop the R-minimum strategy based finite-element computational algorithm and software tool for modelling three-dimensional nonlinear frictional contact behavior between multiple deformable bodies with the arbitrarily-shaped contact element strategy. A numerical simulation of the SA fault system is carried out using this software tool to demonstrate its capability and our efforts towards seeding the iSERVO Institute.

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We compare the Q parameter obtained from scalar, semi-analytical and full vector models for realistic transmission systems. One set of systems is operated in the linear regime, while another is using solitons at high peak power. We report in detail on the different results obtained for the same system using different models. Polarisation mode dispersion is also taken into account and a novel method to average Q parameters over several independent simulation runs is described. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

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The aim of this work was to investigate the feasibility of detecting and locating damage in large frame structures where visual inspection would be difficult or impossible. This method is based on a vibration technique for non-destructively assessing the integrity of structures by using measurements of changes in the natural frequencies. Such measurements can be made at a single point in the structure. The method requires that initially a comprehensive theoretical vibration analysis of the structure is undertaken and from it predictions are made of changes in dynamic characteristics that will occur if each member of the structure is damaged in turn. The natural frequencies of the undamaged structure are measured, and then routinely remeasured at intervals . If a change in the natural frequencies is detected a statistical method. is used to make the best match between the measured changes in frequency and the family of theoretical predictions. This predicts the most likely damage site. The theoretical analysis was based on the finite element method. Many structures were extensively studied and a computer model was used to simulate the effect of the extent and location of the damage on natural frequencies. Only one such analysis is required for each structure to be investigated. The experimental study was conducted on small structures In the laboratory. Frequency changes were found from inertance measurements on various plane and space frames. The computational requirements of the location analysis are small and a desk-top micro computer was used. Results of this work showed that the method was successful in detecting and locating damage in the test structures.

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Methods of dynamic modelling and analysis of structures, for example the finite element method, are well developed. However, it is generally agreed that accurate modelling of complex structures is difficult and for critical applications it is necessary to validate or update the theoretical models using data measured from actual structures. The techniques of identifying the parameters of linear dynamic models using Vibration test data have attracted considerable interest recently. However, no method has received a general acceptance due to a number of difficulties. These difficulties are mainly due to (i) Incomplete number of Vibration modes that can be excited and measured, (ii) Incomplete number of coordinates that can be measured, (iii) Inaccuracy in the experimental data (iv) Inaccuracy in the model structure. This thesis reports on a new approach to update the parameters of a finite element model as well as a lumped parameter model with a diagonal mass matrix. The structure and its theoretical model are equally perturbed by adding mass or stiffness and the incomplete number of eigen-data is measured. The parameters are then identified by an iterative updating of the initial estimates, by sensitivity analysis, using eigenvalues or both eigenvalues and eigenvectors of the structure before and after perturbation. It is shown that with a suitable choice of the perturbing coordinates exact parameters can be identified if the data and the model structure are exact. The theoretical basis of the technique is presented. To cope with measurement errors and possible inaccuracies in the model structure, a well known Bayesian approach is used to minimize the least squares difference between the updated and the initial parameters. The eigen-data of the structure with added mass or stiffness is also determined using the frequency response data of the unmodified structure by a structural modification technique. Thus, mass or stiffness do not have to be added physically. The mass-stiffness addition technique is demonstrated by simulation examples and Laboratory experiments on beams and an H-frame.

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The objective of this study is to demonstrate using weak form partial differential equation (PDE) method for a finite-element (FE) modeling of a new constitutive relation without the need of user subroutine programming. The viscoelastic asphalt mixtures were modeled by the weak form PDE-based FE method as the examples in the paper. A solid-like generalized Maxwell model was used to represent the deforming mechanism of a viscoelastic material, the constitutive relations of which were derived and implemented in the weak form PDE module of Comsol Multiphysics, a commercial FE program. The weak form PDE modeling of viscoelasticity was verified by comparing Comsol and Abaqus simulations, which employed the same loading configurations and material property inputs in virtual laboratory test simulations. Both produced identical results in terms of axial and radial strain responses. The weak form PDE modeling of viscoelasticity was further validated by comparing the weak form PDE predictions with real laboratory test results of six types of asphalt mixtures with two air void contents and three aging periods. The viscoelastic material properties such as the coefficients of a Prony series model for the relaxation modulus were obtained by converting from the master curves of dynamic modulus and phase angle. Strain responses of compressive creep tests at three temperatures and cyclic load tests were predicted using the weak form PDE modeling and found to be comparable with the measurements of the real laboratory tests. It was demonstrated that the weak form PDE-based FE modeling can serve as an efficient method to implement new constitutive models and can free engineers from user subroutine programming.