Orbit perturbation theory of beam-plasma instability

The nonlinear theory of the instability caused by an electron beam-plasma interaction is studied. A nonlinear analysis has been carried out using many-body methods. A general formula for a neutral collisionless plasma, without external fields, is derived. This could be used for calculating the saturation levels of other instabilities. The effect of orbit perturbation theory on the beam-plasma instability is briefly reviewed.

Study of magnetoresistance and conductance of bicrystal grain boundary in La0.67Ba0.33MnO3 thin film

La0.67Ba0.33MnO3 (LBMO) thin film is deposited on a 36.7degrees SrTiO3 bicrystal substrate using laser ablation technique. A microbridge is created across bicrystal grain boundary and its characteristics are compared with a microbridge on the LBMO film having no grain boundary. Presence of grain boundary exhibits substantial magnetoresistance ratio (MRR) in the low field and low temperature region. Bicrystal grain boundary contribution in MRR disappears at temperature T > 175 K. At low temperature, I-V characteristic of the microbridge across bicrystal grain boundary is nonlinear. Analysis of temperature dependence of dynamic conductance-voltage characteristics of the bicrystal grain boundary indicates that at low temperatures (T < 175 K) carrier transport across the grain boundary in LBMO film is dominated by inelastic tunneling via pairs of manganese atoms and tunneling through disordered oxides. At higher temperatures (T > 175 K), magnetic scattering process is dominating. Decrease of bicrystal grain boundary contribution in magnetoresistance with the increase in temperature is due to enhanced spin-flip scattering process.

Reconstructing Solid Model from 2D Scanned Images of Biological Organs for Finite Element Simulation

This work presents a methodology to reconstruct 3D biological organs from image sequences or other scan data using readily available free softwares with the final goal of using the organs (3D solids) for finite element analysis. The methodology deals with issues such as segmentation, conversion to polygonal surface meshes, and finally conversion of these meshes to 3D solids. The user is able to control the detail or the level of complexity of the solid constructed. The methodology is illustrated using 3D reconstruction of a porcine liver as an example. Finally, the reconstructed liver is imported into the commercial software ANSYS, and together with a cyst inside the liver, a nonlinear analysis performed. The results confirm that the methodology can be used for obtaining 3D geometry of biological organs. The results also demonstrate that the geometry obtained by following this methodology can be used for the nonlinear finite element analysis of organs. The methodology (or the procedure) would be of use in surgery planning and surgery simulation since both of these extensively use finite elements for numerical simulations and it is better if these simulations are carried out on patient specific organ geometries. Instead of following the present methodology, it would cost a lot to buy a commercial software which can reconstruct 3D biological organs from scanned image sequences.

An Effective Method of Determining the Residual Stress Gradients in a Micro-Cantilever

A method of determining the micro-cantilever residual stress gradients by studying its deflection and curvature is presented. The stress gradients contribute to both axial load and bending moment, which, in prebuckling regime, cause the structural stiffness change and curving up/down, respectively. As the axial load corresponds to the even polynomial terms of stress gradients and bending moment corresponds to the odd polynomial terms, the deflection itself is not enough to determine the axial load and bending moment. Curvature together with the deflection can uniquely determine these two parameters. Both linear analysis and nonlinear analysis of micro-cantilever deflection under axial load and bending moment are presented. Because of the stiffening effect due to the nonlinearity of (large) deformation, the difference between linear and nonlinear analyses enlarges as the micro-cantilever deflection increases. The model developed in this paper determines the resultant axial load and bending moment due to the stress gradients. Under proper assumptions, the stress gradients profile is obtained through the resultant axial load and bending moment.

海洋石油管道单点提升分析

基于管道微单元体平衡建立了海管单点提升的非线性力学模型的控制微分方程组，使用变弧长的无量纲代换将动边界问题化为固定边界的两点边值问题，利用Maple环境下编制的两点边值问题的打靶法程序得到了该问题在各个提升阶段的数值解答和在单点提升过程中管道的极限弯矩约为0.71q~(1/3)(EI)~(2/3)。

水平荷载作用下单桩非线性m法试验研究

通过对大量模型试验结果的分析，提出了简便合理的水平荷载作用下单桩的计算方法。该方法将常用m法中单一m值与位移建立指数关系，并由b_m及k两参数来描述。将这一关系引入常用单桩m法计算中，则计算结果可考虑单桩非线性响应的影响。

Quantifying Earthquake Collapse Risk of Tall Steel Braced Frame Buildings Using Rupture-to-Rafters Simulations

This thesis examines collapse risk of tall steel braced frame buildings using rupture-to-rafters simulations due to suite of San Andreas earthquakes. Two key advancements in this work are the development of (i) a rational methodology for assigning scenario earthquake probabilities and (ii) an artificial correction-free approach to broadband ground motion simulation. The work can be divided into the following sections: earthquake source modeling, earthquake probability calculations, ground motion simulations, building response, and performance analysis.

As a first step the kinematic source inversions of past earthquakes in the magnitude range of 6-8 are used to simulate 60 scenario earthquakes on the San Andreas fault. For each scenario earthquake a 30-year occurrence probability is calculated and we present a rational method to redistribute the forecast earthquake probabilities from UCERF to the simulated scenario earthquake. We illustrate the inner workings of the method through an example involving earthquakes on the San Andreas fault in southern California.

Next, three-component broadband ground motion histories are computed at 636 sites in the greater Los Angeles metropolitan area by superposing short-period (0.2~s-2.0~s) empirical Green's function synthetics on top of long-period ($>$ 2.0~s) spectral element synthetics. We superimpose these seismograms on low-frequency seismograms, computed from kinematic source models using the spectral element method, to produce broadband seismograms.

Using the ground motions at 636 sites for the 60 scenario earthquakes, 3-D nonlinear analysis of several variants of an 18-story steel braced frame building, designed for three soil types using the 1994 and 1997 Uniform Building Code provisions and subjected to these ground motions, are conducted. Model performance is classified into one of five performance levels: Immediate Occupancy, Life Safety, Collapse Prevention, Red-Tagged, and Model Collapse. The results are combined with the 30-year probability of occurrence of the San Andreas scenario earthquakes using the PEER performance based earthquake engineering framework to determine the probability of exceedance of these limit states over the next 30 years.

Avaliação númérica de ensaios push-out com conectores de cisalhamento tipo pino e perfobond.

Recentemente a utilização de estruturas mistas, aço concreto, vem ganhando espaço nas construções. Isso deve-se principalmente a economia de tempo em sua execução. Além disto, nesta solução a utilização do aço e do concreto otimiza as características estruturais de seus elementos: a resistência a tração do aço e a compressão do concreto. A transferência dos esforços entre os dois materiais possui grande influência no desempenho de uma estrutura mista, sendo comum a utilização de conectores de cisalhamento na região da interface entre estes dois materiais. O Eurocode 4 define um ensaio experimental denominado push-out de modo a determinar a resistência e ductilidade de conectores de cisalhamento. Seu desempenho é influenciado pelas resistências do concreto a compressão, as dimensões e taxa de armadura da laje de concreto, dimensões do perfil de aço, a disposição e a geometria dos conectores e pelas características dos aços utilizados no conector, no perfil e nas barras de reforço. Nota-se com isso uma grande quantidade de variáveis que influenciam o ensaio. Assim, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um modelo em elementos finitos com base no programa ANSYS para simulação de ensaios push-out. Os resultados numéricos apresentados neste trabalho foram calibrados com resultados obtidos em ensaios experimentais existentes na literatura de ensaios push-out para conectores do tipo pino com cabeça (stud) e conectores tipo perfobond. Estes últimos apresentam elevada resistência sendo influenciados por inúmeros fatores como: número e diâmetro dos furos no conector e a inclusão ou não de barras de reforço extras nestes furos.

Application of Entropy and Fractal Dimension Analyses to the Pattern Recognition of Contaminated Fish Responses in Aquaculture

The objective of the work was to develop a non-invasive methodology for image acquisition, processing and nonlinear trajectory analysis of the collective fish response to a stochastic event. Object detection and motion estimation were performed by an optical flow algorithm in order to detect moving fish and simultaneously eliminate background, noise and artifacts. The Entropy and the Fractal Dimension (FD) of the trajectory followed by the centroids of the groups of fish were calculated using Shannon and permutation Entropy and the Katz, Higuchi and Katz-Castiglioni's FD algorithms respectively. The methodology was tested on three case groups of European sea bass (Dicentrarchus labrax), two of which were similar (C1 control and C2 tagged fish) and very different from the third (C3, tagged fish submerged in methylmercury contaminated water). The results indicate that Shannon entropy and Katz-Castiglioni were the most sensitive algorithms and proved to be promising tools for the non-invasive identification and quantification of differences in fish responses. In conclusion, we believe that this methodology has the potential to be embedded in online/real time architecture for contaminant monitoring programs in the aquaculture industry.

Comportamento estrutural de ligações tubulares T e KT.

Os perfis tubulares sem costura são largamente utilizados em diversos países, porém, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000, sendo assim diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligações tipo KT e T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira e do CIDECT. Adicionalmente procedeu-se na comparação do comportamento numérico global do nó de uma treliça, com a análise do comportamento numérico do nó isolado. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nas diagonais e montantes. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0, as não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. Concluiu-se entre outras coisas que. para o nó da treliça em estudo neste trabalho, o carregamento de projeto máximo permitido através do dimensionamento pelas normas fica a favor da segurança quando comparado com o critério de deformação limite.

Análise de ligações tubulares T com reforço de chapa.

O uso de perfis estruturais tubulares vem aumentando em grande escala no mundo, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levando a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. Diante deste fato, no Brasil, o uso desses perfis era bastante limitado, restringindo-se praticamente a coberturas espaciais. A situação do mercado brasileiro começou a se alterar em razão da maior oferta desses perfis proporcionada pelo início da produção pela V&M do BRASIL no ano de 2000. Sendo assim, diante da novidade da tecnologia, impõe-se a necessidade de divulgação e implementação do uso desse tipo de perfil, além de uma ampliação do número de trabalhos de pesquisa para melhor compreensão de seu comportamento estrutural. O presente trabalho apresenta uma análise paramétrica de ligação reforçada tipo T, através da determinação da resistência última da ligação obtida pelo critério de deformação limite proposto por diversos pesquisadores, comparando os resultados com as prescrições do Eurocode 3, do Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004 e do CIDECT. As ligações objeto deste estudo são compostas por perfil tubular retangular (RHS) no banzo e perfis circulares (CHS) nos montantes. Nestas análises verificou-se a influência do reforço na região de encontro de banzo e montante, bem como a influência do esforços atuantes no banzo no comportamento global das ligações. As não-linearidades físicas e geométricas foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente dessa ligação. Os modelos em elementos finitos, foram desenvolvidos no programa Ansys 12.0. Como resultado final deste trabalho é apresentado o comportamento da ligação tipo T com reforço para diversos tipos de perfis (banzo e montante) e diferentes espessuras da chapa de reforço, fazendo comparação com o dimensionamento proposto pelo Projeto de Norma Brasileira PN 02.125.03-004.

Modelagem do comportamento estrutural de sistemas treliçados espaciais para escoramentos de estruturas de aço, concreto e mistas (aço-concreto).

A utilização de treliças para o escoramento de elementos estruturais de concreto armado e aço é considerada uma solução eficaz para o atual sistema de construção de engenharia civil. Uma mudança de atitude no processo de construção, associado com a redução dos custos causou um aumento considerável na utilização de treliças tridimensionais em aço com maior capacidade de carga. Infelizmente, o desenho destes sistemas estruturais baseia-se em cálculos muito simplificados relacionadas com vigas de uma dimensão, com propriedades de inércia constantes. Tal modelagem, muito simplificada, não pode representar adequadamente a resposta real dos modelos estruturais e pode levar a inviabilidade econômica ou mesmo inseguro desenho estrutural. Por outro lado, estas estruturas treliçadas estão relacionadas com modelos de geometria complexa e são desenhados para suportar níveis de cargas muito elevadas. Portanto, este trabalho de investigação propôs modelos de elementos finitos que representam o caráter tridimensional real do sistema de escoramento, avaliando o comportamento estático e dinâmico estrutural com mais confiabilidade e segurança. O modelo computacional proposto, desenvolvido para o sistema estrutural não linear de análise estática e dinâmica, aprovou as habituais técnicas de refinamento de malha presentes em simulações do método de elementos finitos, com base no programa ANSYS [1]. O presente estudo analisou os resultados de análises linear-elástica e não linear geométrica para ações de serviço, físicos e geométricos para as ações finais. Os resultados do presente estudo foram obtidas, com base na análise linear-elástica e não linearidade geométrica e física, e comparados com os fornecidos pela metodologia simplificada tradicional de cálculo e com os limites recomendadas por normas de concepção.

Avaliação de ligações K e T entre perfis estruturais tubulares circulares.

O difundido uso de perfis estruturais tubulares, principalmente devido às vantagens associadas ao comportamento estrutural e estético, levou a uma intensa utilização nos países da Europa, Sudeste Asiático, América do Norte e na Austrália. Países como Canadá, Inglaterra, Alemanha e Holanda fazem uso intensivo dessas estruturas e contam com uma produção corrente, industrializada e contínua com alto grau de desenvolvimento tecnológico. O aumento da oferta deste tipo de perfis, aliado a recentes pesquisas nesta área, leva o Brasil a se inserir neste cenário mundial. Entretanto, as normas brasileiras que regem o dimensionamento destes perfis ainda não se encontram atualizadas, principalmente no que tange ao dimensionamento de ligações de perfis tubulares. Considerando esta perspectiva, este trabalho apresenta uma análise de ligações tipo K e T com perfis tubulares circulares (CHS). Propõe-se estabelecer um quadro comparativo entre as formulações analíticas de dimensionamento proposta pelo Eurocode 3 Parte 1.8, 2 edição do guia de projeto de ligações tubulares do CIDECT, projeto de norma brasileira PN 02.125.03-004 e critérios de deformação limite. Para cada um dos tipos de ligações analisadas, desenvolveu-se um modelo em elementos finitos no programa Ansys, calibrado e validado com resultados experimentais e numéricos existentes na literatura. As não-linearidades física e geométrica foram incorporadas aos modelos, a fim de se mobilizar totalmente a capacidade resistente da ligação. A não-linearidade do material foi considerada através do critério de plastificação de Von Mises através de uma lei constitutiva tensão versus deformação bilinear. A não-linearidade geométrica foi introduzida no modelo através da Formulação de Lagrange Atualizado considerando-se a previsão de grandes deformações de forma a permitir a redistribuição de carregamento na ligação após o escoamento inicial. Esta dissertação propõe ainda, a modelagem de uma treliça planar constituída de perfis tubulares, objetivando estabelecer uma comparação entre um nó isolado e um nó da treliça planar.

Análise numérica do comportamento de juntas entre aduelas de vigas protendidas.

Diversos pesquisadores têm estudado o comportamento e o emprego de aduelas de concreto, que constituem as vigas segmentadas em sistemas estruturais, de maneira especial pontes e viadutos. Por esta razão, inúmeros trabalhos têm sido publicados nos últimos anos respaldados por testes experimentais e análises numéricas. O comportamento destas vigas contrasta com as clássicas vigas monolíticas em diversos aspectos, pois, a estrutura é composta de partes de elementos de concreto pré-moldado que, após serem posicionados no local definitivo, são protendidos. A protensão pode ser aderente ou não aderente. A principal vantagem deste sistema de construção é a rapidez e o alto controle de qualidade, por isso é largamente utilizado, havendo uma demanda de estudo de previsão do seu real comportamento No presente trabalho apresenta-se uma modelagem numérica via elementos finitos, para simular o comportamento de vigas compostas por aduelas justapostas sem material ligante entre as juntas. A protensão aplicada é aderente e a análise considera a não linearidade da região da junta. Assim sendo, o objetivo desta investigação é dar uma contribuição ao estudo do comportamento estrutural estático de vigas segmentadas, atentando para o comportamento das juntas, utilizando um programa comercial. Para o modelo são empregadas técnicas usuais de discretização, via método dos elementos finitos (MEF), por meio do programa de elementos finitos SAP2000[93]. O modelo proposto é constituído de elementos de placa próprios para concreto para representar a viga, a protensão é introduzida por meio de barras bidimensionais que transferem as tensões ao longo de seu comprimento e as juntas são implementadas utilizando elementos de contato. A analise é bidimensional e considera os efeitos das perdas de protensão. Este trabalho de pesquisa objetiva também o estudo de elementos de contato especialmente as características de deformação para esta ferramenta computacional. A definição dos parâmetros para o modelo foi feita com base em dados experimentais disponíveis na literatura. O modelo numérico foi calibrado e confrontado com resultados experimentais obtidos em ensaios de laboratório.