904 resultados para Modelos de elementos finitos
Resumo:
A necessidade de obter soluo de grandes sistemas lineares resultantes de processos de discretizao de equaes diferenciais parciais provenientes da modelagem de diferentes fenmenos fsicos conduz busca de tcnicas numricas escalveis. Mtodos multigrid so classificados como algoritmos escalveis.Um estimador de erros deve estar associado soluo numrica do problema discreto de modo a propiciar a adequada avaliao da soluo obtida pelo processo de aproximao. Nesse contexto, a presente tese caracteriza-se pela proposta de reutilizao das estruturas matriciais hierrquicas de operadores de transferncia e restrio dos mtodos multigrid algbricos para acelerar o tempo de soluo dos sistemas lineares associados equao do transporte de contaminantes em meio poroso saturado. Adicionalmente, caracteriza-se pela implementao das estimativas residuais para os problemas que envolvem dados constantes ou no constantes, os regimes de pequena ou grande adveco e pela proposta de utilizao das estimativas residuais associadas ao termo de fonte e condio inicial para construir procedimentos adaptativos para os dados do problema. O desenvolvimento dos cdigos do mtodo de elementos finitos, do estimador residual e dos procedimentos adaptativos foram baseados no projeto FEniCS, utilizando a linguagem de programao PYTHONR e desenvolvidos na plataforma Eclipse. A implementao dos mtodos multigrid algbricos com reutilizao considera a biblioteca PyAMG. Baseado na reutilizao das estruturas hierrquicas, os mtodos multigrid com reutilizao com parmetro fixo e automtica so propostos, e esses conceitos so estendidos para os mtodos iterativos no-estacionrios tais como GMRES e BICGSTAB. Os resultados numricos mostraram que o estimador residual captura o comportamento do erro real da soluo numrica, e fornece algoritmos adaptativos para os dados cuja malha retornada produz uma soluo numrica similar uma malha uniforme com mais elementos. Adicionalmente, os mtodos com reutilizao so mais rpidos que os mtodos que no empregam o processo de reutilizao de estruturas. Alm disso, a eficincia dos mtodos com reutilizao tambm pode ser observada na soluo do problema auxiliar, o qual necessrio para obteno das estimativas residuais para o regime de grande adveco. Esses resultados englobam tanto os mtodos multigrid algbricos do tipo SA quanto os mtodos pr-condicionados por mtodos multigrid algbrico SA, e envolvem o transporte de contaminantes em regime de pequena e grande adveco, malhas estruturadas e no estruturadas, problemas bidimensionais, problemas tridimensionais e domnios com diferentes escalas.
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Este trabalho trata do desenvolvimento de um sistema computacional, para a gerao de dados e apresentao de resultados, especfico para as estruturas de edifcios. As rotinas desenvolvidas devem trabalhar em conjunto com um sistema computacional para anlise de estruturas com base no Mtodo dos Elementos Finitos, contemplando tanto as estruturas de pavimentos; com a utilizao de elementos de barra, placa/casca e molas; como as estruturas de contraventamento; com a utilizao de elementos de barra tridimensional e recursos especiais como n mestre e trechos rgidos. A linguagem computacional adotada para a elaborao das rotinas mencionadas o Object Pascal do DELPHI, um ambiente de programao visual estruturado na programao orientada a objetos do Object Pascal. Essa escolha tem como objetivo, conseguir um sistema computacional onde alteraes e adies de funes 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 anlise de estruturas de edifcios, controlando atravs de uma interface amigvel com o usurio uma srie de outros programas j desenvolvidos em FORTRAN, como por exemplo o dimensionamento de vigas, pilares, etc.
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Os motores de corrente contnua convencionais so muito bem conhecidos pela sua robustez e pelo seu alto nvel de controlabilidade, alem do fato de possibilitarem a operao na regio de enfraquecimento de campo (modo motor), quando esta situao se fizer necessria. Por estas caractersticas, as mquinas de corrente contnua ainda so empregadas nos dias atuais em nichos especficos de utilizao. No obstante, a mquina c.c. apresenta algumas desvantagens, principalmente a intensiva e dispendiosa manuteno eletromecnica necessria para sua operao. Como opo de sanar este problema, surgiram na dcada de 60, as mquinas eltricas de corrente contnua sem escovas (brushless) com excitao por ms permanentes de fluxo trapezoidal. O problema destas mquinas se deve justamente a impossibilidade da variao de fluxo de excitao uma vez que so produzidos puramente pelos ms. Sendo assim, este trabalho tem como propsito, o estudo de topologias diferenciadas da mquina eltrica, atravs de um circuito magntico no convencional para aplicao e utilizao em sistemas de trao eltrica para operao na regio de enfraquecimento de campo atravs da variao do fluxo resultante no entreferro. Como objeto de estudo, foi focada a topologia de fluxo axial com excitao hbrida, ou seja, dupla excitao (excitao a ms permanentes e excitao eltrica). Para o projeto da topologia proposta, nesta tese, adicionalmente ao mtodo analtico, foram realizadas simulaes computacionais para a comparao e refinamento dos resultados das grandezas eletromagnticas da mquina.
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O presente trabalho trata do clculo da fora contra eletromotriz em carga de uma mquina sncrona com ms na superfcie do rotor (cuja forma de onda de fora contra eletromotriz no senoidal) sendo esta alimentada por correntes de fase cujas forma de onda so quadradas. Para conduzir esta investigao e calcular a fora contra eletromotriz da mquina em estudo, faz-se uma reviso sobre o Mtodo da Permeabilidade Fixa, mtodo este que permite a linearizao do ponto de operao da mquina. Dessa forma, as simulaes so conduzidas por meio do mtodo dos elementos finitos e do Mtodo da Permeabilidade Fixa, levando-se em conta a forma de onda da corrente de alimentao. Ateno especial dada ao modo que se analisa o fluxo concatenado e a forma de obteno da fora contra eletromotriz uma vez que as formas de onda do fluxo concatenado sofrem variaes abruptas a cada 60 eltricos. Alm destes parmetros, analisa-se tambm cada uma das parcelas do torque eletromagntico, i.e., torque mtuo, torque de relutncia e torque de borda, sendo realizado ao final do trabalho, uma comparao entre a soma da estimativa de cada parmetro com o valor do torque eletromagntico obtido por meio de uma simulao no linear.
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O foco do presente trabalho estudar a intensificao da presso de contato entre os dentes de duas engrenagens cilndricas de dentes retos, que ocorre por causa do deslocamento dos componentes de um redutor de velocidades. Essa intensificao ocorre inclusive em um redutor fabricado sem quaisquer erros de usinagem ou de montagem. A correo de hlice uma usinagem realizada na superfcie do dente da engrenagem que compensa os deslocamentos dos eixos e engrenagens, devido flexo e toro, e os deslocamentos dos dentes das engrenagens, devido flexo e presso de contato. Foram estudados efeitos importantes para essa correo de hlice em um redutor de velocidades. Com isso, foi desenvolvido um modelo analtico que calcula a correo necessria para diminuir esse intensificador de presso de contato em funo dos deslocamentos citados acima. Esse modelo analtico foi comparado com um modelo analtico da literatura e com o software comercial RIKOR. Os resultados de correo de hlice propostos so similares aos da literatura e do RIKOR com exceo das bordas das engrenagens, aonde existem algumas divergncias. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo slido de engrenagem com o perfil evolvente e com as correes de hlice calculadas analiticamente. Este modelo tridimensional (3D) foi elaborado usando os softwares SolidWorks e Inventor e simulado por elementos finitos por meio do software ANSYS. Verificou-se que as trs correes de hlice - a proposta, a da literatura e a do RIKOR - realmente diminuem a intensificao de presso de contato no flanco do dente da engrenagem. Por fim, foi possvel visualizar que a correo proposta nesta dissertao 3% mais efetiva que a proposta pela literatura e pelo RIKOR para o caso analisado.
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Este trabalho busca aplicar tcnicas de confiabilidade ao problema de grupo de estacas utilizadas como fundao de estruturas correntes. Para isso, lana-se mo de um modelo tridimensional de interao estaca-solo onde esto presentes o Mtodo dos Elementos de Contorno (MEC) e o mtodo dos Elementos Finitos (MEF) que atuam de forma acoplada. O MEC, com as solues fundamentais de Mindlin (meio semi-infinito, homogneo, isotrpico e elstico-linear utiliza), utilizado para modelar o solo. J o MEF utilizado para modelar as estacas. Definido o modelo de funcionamento estrutural das estacas, parte-se para a aplicao de mtodos trazidos da confiabilidade estrutural para avaliao da adequabilidade em relao aos estados limite de servio e estados limites ltimos. Os mtodos de confiabilidade utilizados foram o Mtodo de Monte Carlo, o mtodo FOSM (First-Order Second-Moment) e o mtodo FORM (First-Order Reliability Method).
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O mtodo dos elementos finitos o mtodo numrico mais difundido na anlise de estruturas. Ao longo das ltimas dcadas foram formulados inmeros elementos finitos para anlise de cascas e placas. As formulaes de elementos finitos lidam bem com o campo de deslocamentos, mas geralmente faltam testes que possam validar os resultados obtidos para o campo das tenses. Este trabalho analisa o elemento finito T6-3i, um elemento finito triangular de seis ns proposto dentro de uma formulao geometricamente exata, em relao aos seus resultados de tenses, comparando-os com as teorias analticas de placas, resultados de tabelas para o clculo de momentos em placas retangulares e do ANSYSr, um software comercial para anlise estrutural, mostrando que o T6-3i pode apresentar resultados insatisfatrios. Na segunda parte deste trabalho, as potencialidades do T6-3i so expandidas, sendo proposta uma formulao dinmica para anlise no linear de cascas. Utiliza-se um modelo Lagrangiano atualizado e a forma fraca obtida do Teorema dos Trabalhos Virtuais. So feitas simulaes numricas da deformao de domos finos que apresentam vrios snap-throughs e snap-backs, incluindo domos com vincos curvos, mostrando a robustez, simplicidade e versatilidade do elemento na sua formulao e na gerao das malhas no estruturadas necessrias para as simulaes.
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O trabalho aborda o estudo e o desenvolvimento de um interfermetro sensor de alta tenso, baseado em clula Pockels (modulador eletro-ptico) na topologia reflexiva (\"double pass\") e que parte integrante de um Transformador de Potencial ptico (TPO), que utiliza sistema interferomtrico de luz branca (WLI-White Light Interferometry), que est sendo desenvolvido pelo grupo do Laboratrio de Sensores pticos (LSO) do PEA-EPUSP, e capaz de medir diretamente tenses presentes em sistema eltrico de potncia (SEP) classe 69kVRMS. Para desenvolver o tema proposto foi feita uma reviso da literatura baseada em livros, artigos e teses para identificar topologias em moduladores eletro-pticos transmissiva (\"single pass\") e reflexiva (\"double pass\") para definir o tipo de modulador mais adequado para a aplicao em questo. A partir dos estudos e implementaes realizadas, verificou-se um enorme potencial para o desenvolvimento e aplicao da topologia \"double pass\" no sensor interferomtrico da clula de alta tenso do TPO. A topologia mostrou-se vantajosa em relao aos prottipos dos TPOs desenvolvidos anteriormente, a partir de caractersticas tais como: a facilidade de recurso de alinhamento do feixe de luz, construo e reproduo relacionados ao cristal eletro-ptico, diminuio do nmero de componentes pticos volumtricos e aumento da rigidez dieltrica da clula sensora. Simulaes computacionais foram realizadas mediante a aplicao do mtodo dos elementos finitos (MEF) que contriburam para o auxlio do projeto da clula sensora, particularmente, para estimativa do valor da voltagem de meia onda, V?, parmetro importante para o projeto do TPO. Um prottipo do TPO com clula sensora de alta tenso reflexiva foi implementado e testado no laboratrio de alta tenso do IEEUSP a partir de ensaios com tenses nominais de 69kVrms a 60Hz e mxima de 140kVrms a 60 Hz. Como resultado deste trabalho, amplia-se o conhecimento e domnio das tcnicas de construo de interfermetros sensores de alta tenso na topologia reflexiva aplicadas a TPOs.
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Os mecanismos amplamente utilizados em aplicaes industriais so de tipo serial, porm h algum tempo vem sendo desenvolvidos estudos sobre as vantagens que os mecanismos de arquitetura paralela oferecem em contraposio com os seriais. Rigidez, preciso, altas frequncias naturais e velocidade so algumas caractersticas que os mecanismos paralelos atribuem a mquinas j consolidadas na indstria, destinadas principalmente nas operaes de manipulao (pick and place). Nesse sentido, relevante o estudo sobre a funcionalidade em outros tipos de operao como a usinagem e, particularmente o fresamento. Para isto, devem-se ainda explorar e desenvolver as capacidades dos mecanismos paralelos em relao rigidez e preciso nas operaes mencionadas. Foi desenvolvido previamente o projeto e montagem do prottipo de uma mquina fresadora de arquitetura paralela. Tambm aracterizado pela redundncia na atuao para o posicionamento da ferramenta. Com este intuito, pretende-se no trabalho atual, avaliar o erro esttico de posicionamento da ferramenta por mtodos experimentais, quantificar os deslocamentos, realizar um mapeamento experimental em diversas configuraes dos membros. Por outro lado, pretende-se adaptar um modelo numrico simplificado que possa prever as deformaes elsticas em diversas configuraes, que contemple o efeito de juntas lineares flexveis e que de alguma forma ajude a identificar as principais fontes de erro. Para tal, foram elaboradas rotinas de programao que atravs da cinemtica inversa e o uso do mtodo dos elementos finitos tentem prever o que de fato acontece nos experimentos. Foi proposta tambm uma implementao alternativa para o controle do mecanismo atravs de um software CNC e a converso de coordenadas cartesianas em coordenadas dos atuadores, isto ajudaria na gerao do cdigo G. Finalmente, foram elaboradas algumas trajetrias que tentam avaliar a exatido e repetitividade do mecanismo alm de descrever outras trajetrias livres.
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Um dos grandes desafios enfrentados pelos fabricantes de turbinas hidrulicas prevenir o aparecimento de vibraes induzidas pelo escoamento nas travessas do pr-distribuidor e ps do rotor. Considerando apenas as travessas, e atribudos a tais vibraes, foram relatados 28 casos de trincas ou rudos anormais nas ltimas dcadas, que acarretaram enormes prejuzos associados a reparos, atrasos e perda de gerao. O estado da arte na preveno destes problemas baseia-se na utilizao de sofisticados, e caros, programas comerciais de dinmica dos fluidos computacional para o clculo transiente do fenmeno. Este trabalho faz uma ampla reviso bibliogrfica e levantamento de eventos de trincas ou rudos ocorridos em travessas nos ltimos 50 anos. Prope, ento, um enfoque alternativo, baseado exclusivamente em ferramentas de cdigo aberto. A partir de hipteses simplificadoras devidamente justificadas, o problema formulado matematicamente de forma bidimensional, no plano da seo transversal da travessa, levando em conta a interao fluido-estrutura. Nesta estratgia, as equaes de Navier-Stokes so resolvidas pelo mtodo dos elementos finitos por meio da biblioteca gratuita oomph-lib. Um cdigo especial em C++ desenvolvido para o problema de interao fluido-estrutura, no qual o fenmeno de turbulncia levado em considerao por meio de um algoritmo baseado no modelo de Baldwin-Lomax. O mtodo proposto validado por meio da comparao dos resultados obtidos com referncias e medies disponveis na literatura, que tratam de problemas de barras retangulares suportadas elasticamente. O trabalho finaliza com a aplicao do mtodo a um estudo de caso envolvendo uma travessa particular.
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The effect of foundation embedment on settlement calculation is a widely researched topic in which there is no scientific consensus regarding the magnitude of settlement reduction. In this paper, a non-linear three dimensional Finite Element analysis has been performed with the aim of evaluating the aforementioned effect. For this purpose, 1800 models were run considering different variables, such as the depth and dimensions of the foundation and the Youngs modulus and Poissons ratio of the soil. The settlements from models with foundations at surface level and at depth were then compared and the relationship between them established. The statistical analysis of this data allowed two new expressions, with a mean maximum error of 1.80%, for the embedment influence factor of a foundation to be proposed and these to be compared with commonly used corrections. The proposed equations were validated by comparing the settlements calculated with the proposed influence factors and the true settlements measured in several real foundations. From the comprehensive study of all modelled cases, an improved approach, when compared to those proposed by other authors, for the calculation of the true elastic settlements of an embedded foundation is proposed.
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En este trabajo se describe el proceso llevado a cabo para analizar numricamente mediante el mtodo de los elementos finitos (MEF) el comportamiento vibratorio del conjunto mvil de un altavoz dinmico de bobina con doble suspensin inferior y en ausencia de la superior. El estudio se centra en el rango de baja frecuencia. El calibrado del modelo se realiza en base a medidas experimentales de la frecuencia de resonancia y desplazamiento del diafragma. Se hace nfasis en la importancia de los factores de participacin asociados a la fuerza de excitacin y en los cambios que se producen en estos al introducir fuerzas no equilibradas. As mismo, el anlisis proporciona datos para decidir sobre la distancia entre suspensiones, su nmero ptimo de pliegues y la ubicacin de las trencillas, siendo estos parmetros de gran inters en el diseo de este tipo de altavoces.
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Nesta dissertao apresenta-se o estudo do comportamento estrutural da ponte logstica modular do tipo Mabey, utilizada pelo Exrcito Portugus para apoio logstico s operaes militares e, quando disponvel, populao. Neste sentido, foi desenvolvido um modelo numrico de elementos finitos, em que foram aplicadas as aes permanentes e variveis correspondentes a uma utilizao civil e militar. A calibrao do modelo foi feita comparando os resultados obtidos com as medies in-situ de um ensaio de carga realizado, e as informaes fornecidas no catlogo do fabricante. A avaliao da segurana estrutural ltima e em condies de servio foi realizada nos termos regulamentares, permitindo evidenciar os aspetos importantes do comportamento estrutural deste tipo de estruturas. Uma vez que a ao militar no contemplada de uma forma direta na atual regulamentao, efetuou-se um estudo do comportamento dinmico de interao veculo-estrutura, simulando a circulao de veculos militares reais a diversas velocidades, e avaliando as deformaes, as aceleraes e os esforos dinmicos nos elementos estruturais principais. A anlise realizada demonstra o bom comportamento estrutural da ponte logstica tipo Mabey mesmo tendo em considerao as aes regulamentares da Parte 2 do Eurocdigo 1. O comportamento dinmico da estrutura para veculos militares reais no conduziu a solicitaes superiores s obtidas por considerao das aes regulamentares, embora se considere necessrio realizar um estudo deste tipo no caso de veculos militares com configuraes ou condies de circulao diferentes das que aqui se apresenta.
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O desenvolvimento tcnico e cientfico em torno das blindagens tem procurado contrariar o constante aperfeioamento dos projteis e do seu poder de penetrao. Para cumprir este objetivo, necessrio recorrer a solues inovadoras tanto em termos dos materiais utilizados no fabrico, como ao nvel do formato da prpria blindagem. Com este trabalho pretende-se dar os primeiros passos na produo e teste de materiais em situao de tiro real, bem como na modelao e simulao dos mesmos com o objetivo de adquirir capacidades, tcnicas e procedimentos para trabalhos futuros. O trabalho teve incio com a realizao da pesquisa bibliogrfica sobre vrios aspetos desde o fabrico at avaliao do desempenho de blindagens balsticas. O trabalho terico desta tese incidiu na modelao por elementos finitos dos elementos balsticos (protees e projtil) tendo como objetivo a simulao numrica da sua interao em condies de impacto. O trabalho experimental foi realizado no campo de tiro da Escola das Armas onde foram testados os alvos com os materiais compsitos produzidos e com placas de alumnio, com diferentes combinaes. A anlise de resultados permitiu comparar e avaliar as diferenas entre as estimativas tericas e as suas limitaes com as observaes experimentais do tiro real.
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A utilizao de tecnologias de prototipagem em objetos e estruturas do dia-a-dia cada vez maior. Porm, os componentes que possvel fabricar esto em geral associados a prottipos demonstrativos no funcionais. Para ultrapassar estas limitaes tm vindo a ser desenvolvidos novos materiais, procurando a melhoria das suas caractersticas mecnicas. A presente dissertao insere-se no projeto Firend, que se tem vindo a desenvolver numa parceria entre a Academia Militar e outras instituies como o Instituto Superior Tcnico e procura avaliar a viabilidade da utilizao da tcnica de deposio de resina fotopolimerizvel por ultra-violeta no fabrico de projteis para o transporte especial de agentes extintores, procurando caracterizar o desempenho deste material em condies operativas simulativas do disparo real. A pesquisa bibliogrfica da presente dissertao baseou-se numa breve introduo aos materiais polimricos. O trabalho terico consistiu na modelao numrica atravs do mtodo dos elementos finitos do ensaio de compresso utilizando o programa Deform e na respetiva validao do modelo atravs de comparao dos resultados das simulaes com dados experimentais existentes na literatura da especialidade. O trabalho experimental fundamentou-se no fabrico e preparao de provetes atravs da tecnologia de impresso 3D, na descrio das ferramentas utilizadas e do plano experimental. No final verificou-se a fratura de todos os provetes ensaiados e uma grande disperso dos resultados, conseguindo-se apenas retirar uma tenso de segurana que no deve ser ultrapassada. De acordo com o estudo realizado o material ensaiado demonstrou-se no ser apropriado para a aplicao pretendida e recomenda-se a avaliao de outros materiais igualmente utilizados pelas tcnicas de prototipagem rpida, tais como uma mistura de uma resina polimrica com um outro material com caractersticas mecnicas mais adequadas.
