Calibration of calculation models of wooden guardrails with Operational Modal Analysis

This study analyses the differences between two calculation models for guardrails on building sites that use wooden boards and tubular steel posts. Wood was considered an isotropic material in one model and an orthotropic material in a second model. The elastic constants of the wood were obtained with ultrasound. Frequencies and vibration modes were obtained for both models through linear analysis using the finite element method. The two models were experimentally calibrated through operational modal analysis. The results obtained show that for the three types of wood under analysis, the model which considered them as an orthotropic material fitted the experimental results better than the model which considered them as an isotropic material.

Projecto de fundações e estrutura de um edifício de 4 pisos em Lisboa, destinado a habitação

O objectivo deste trabalho consiste na elaboração de um projecto de estruturas de um edifício, desde a fase de concepção estrutural até à fase de pormenorização, passando obviamente pelo dimensionamento. O trabalho foi motivo para aplicação dos conhecimentos adquiridos durante o curso, na prática de projecto de estruturas, nomeadamente na utilização da regulamentação europeia de estruturas que está para entrar em vigor. O projecto foi elaborado a partir do projecto base de arquitectura e diz respeito a um conjunto de 4 edifícios de habitação separados por junta de dilatação, a construir em Lisboa. A estrutura em betão armado constituída por lajes fungiformes maciças apoiadas em pilares, paredes de betão e vigas, foi analisada com recurso a um programa de cálculo automático de elementos finitos SAP 200 V14.2.4. Para a execução deste trabalho recorreu-se à regulamentação europeia, nomeadamente o Eurocódigo 0, o Eurocódigo 1, o Eurocódigo 2 e o Eurocódigo 8, na sua versão final de Norma Portuguesa. Os critérios de dimensionamento bem como as disposições construtivas relativas a armaduras de betão são detalhadamente referidos ao longo do trabalho. Embora a análise estrutural tenha sido efectuada para quatro edifícios, os desenhos de pormenorização de betão armado são apresentados relativamente apenas ao edifício Nº1. Optou-se por esta solução em virtude de os edifícios serem semelhantes.

Desenvolvimento de ferramentas BIM no âmbito do cálculo estrutural em situação de incêndio

Este trabalho insere-se no âmbito de um estágio curricular realizado no gabinete de projetos SE2P, durante o qual foram desenvolvidas ferramentas de cálculo estrutural em situação de incêndio, integradas numa metodologia de trabalho que segue os princípios inerentes à tecnologia BIM (Building Information Modeling). Em particular foi implementado um procedimento de análise ao fogo segundo os modelos simplificados prescritos pelos Eurocódigos. Estes modelos garantem a segurança estrutural, permitindo, de forma rápida e eficiente, a determinação das necessidades de proteção passiva para diferentes cenários, tendo em vista a obtenção da solução mais económica. Esta dissertação, para além da apresentação do trabalho desenvolvido em regime de estágio curricular, objetivou dotar o leitor de um documento que introduza os principais conceitos relativos ao cálculo estrutural em situação de incêndio, indicando as várias opções de análise e respetivas vantagens e desvantagens, ajudando a definir a sua adequabilidade ao projeto em estudo. Neste contexto é efetuada uma introdução geral ao fenómeno do fogo e às medidas mais correntes de proteção, indicando-se os documentos normativos aplicáveis tanto ao cálculo estrutural como aos materiais de proteção. É também abordada a interação entre as várias normas que devem ser consultadas quando é efetuada uma análise ao fogo, e quais se aplicam a cada fase da análise. Efetua-se uma clara distinção entre a análise do comportamento térmico e mecânico, indicando-se as principais propriedades dos materiais em função do tipo de análise e a forma como são afetadas pela temperatura. No campo da análise do comportamento térmico faz-se essencialmente referência aos modelos de cálculo simplificados do desenvolvimento da temperatura em elementos metálicos e vigas mistas, com e sem proteção passiva. No que concerne ao campo da análise do comportamento mecânico são descritos os modelos de cálculo simplificados para a verificação da segurança estrutural atendendo às ações e combinações em situação de incêndio e à perda de resistência a temperaturas elevadas. Relativamente ao trabalho desenvolvido na SE2P, relativo ao desenvolvimento de ferramentas de cálculo e a sua implementação na análise ao fogo, realiza-se uma descrição detalhada de todo o processo, e da forma como se integra no conceito BIM, utilizando informações provenientes da modelação das estruturas e introduzindo novos dados ao modelo. Realizou-se também a aplicação de todo o procedimento de análise e das ferramentas desenvolvidas, a um caso de estudo baseado num edifício de habitação. Este caso de estudo serviu também para criar cenários de otimização utilizando-se referências de preços de mercado para o aço, sua transformação em fábrica e sistemas de proteção passiva, demonstrando-se a dificuldade em encontrar caminhos rápidos e diretos de decisão no processo de otimização.

Aplicação do modelo escoras e tirantes a vigas parede de acordo com o Eurocódigo 2:2010

O Modelo Escoras e Tirantes surgiu no início do Século XX quando Ritter e Mörsch estabeleceram a analogia entre uma treliça clássica e uma viga de betão armado. Desde então pesquisadores têm estudado esse modelo como método de dimensionamento. A partir dos anos 90 várias normas apresentaram a utilização do modelo escoras e tirantes como relevante no dimensionamento de elementos de betão armado. Os critérios de segurança do Modelo Escoras e Tirantes são neste trabalho explicados de acordo com o Eurocódigo 2:2010, e comparadas com as normas NBR 6118:2014 e ACI 318:2011. É unanime dizer que a utilização do método torna-se mais vantajosa para regiões de descontinuidade. Em todos os elementos de betão armado, o Método Escoras e Tirantes são representações dos campos de tensão idealizados por elementos comprimidos e tracionados. Para a definição destes elementos é proposto o processo de “caminho de carga” em que conhecidas as tensões elásticas e suas direções principais utilizando o Método dos Elementos Finitos o modelo das escoras e tirantes é de fácil concepção. É também possível a definição deste a partir de modelos padrão já concebidos para determinados tipos de elementos estruturais de betão armado. Para o elemento descontinuo viga-parede estudado foram apresentados cinco modelos de cálculo até otimizar a solução validando as tensões com o Método dos Elementos Finitos. Em todos os modelos foram analisadas a definição do Modelo Escoras e Tirantes, a resistência das escoras, dos tirantes e dos nós até chegar à solução construtiva da viga-parede. Concluiu-se que a definição do modelo é a chave do dimensionamento.

Erstellung einer Blitzschutzrichtlinie für die Produktpalette der FAM im Auftrag der "Gesellschaft für Prozeßautomation mbH" (GPA)"

On the basis of the global use of the FAM installations and systems, their location, type and height, a lightning protection system is required, which protects humans and machines from danger of a lightning. At the beginning the development, the threat and the potential for destruction of lightning are described. Besides the resulting solid normative calculation models and tables are presented. Then, the product portfolio of the FAM is characterized. From this demonstration models are selected; on the one hand a model for the totality of all portable devices and the other hand a model which defines the power plants. Subsequently, the risk management and a strengths and weaknesses analysis are performed. After that, with graphical and mathematical models, these weaknesses as well as the functional equipotential bonding and grounding system and its dimensioning are investigated and solutions are demonstrated. The following is a coordination of lightning protection standard with other directives and standards in order to classify the resulting internal lightning protection and protective measures against electromagnetic pulse and to generate a uniform protection and application platform. Furthermore, problems of the economy of protective circuit is shown and a solution is given. Finally, the indicated possible solutions are replaced by definitions. The main classification and structure of lightning protection directive are shown and exemplarily applied.

Toms-ilmiön vaikutuksen mallinnus turbulenssivirtauksessa

Diplomityön tavoitteena oli laatia putkivirtaukselle laskentamalli, joka huomioi turbulenssin vaimentamiseen käytetyn lisäaineen vaikutuksen. Kirjallisuusosassa käsitellään turbulenssiin ja putkiston painehäviön laskentaan liittyviä asioita. Lisäksi käydään läpi virtausvastusta alentavien aineiden (DRA-aineiden) ominaisuuksia, vaikutusmekanismia ja niiden vaikutusta virtausominaisuuksiin sekä laskentamalleihin. Kokeellisessa osassa laadittiin kaksi Excel-pohjaista laskentamallia, joilla huomioitiin lisäaineen vaikutus putkiston virtausmäärien parantumiseen ja painehäviöihin. Malli I laskee ensin virtausvastuksen alenemisen (DR-efektin) annetuista lähtötiedoista. DR-efektien perusteella saadaan laskettua putkiston painehäviötiedot. Malli II laskee ensin virtausvastuskertoimet ilman DRA-ainetta ja DRA-aineen kanssa. Tämän jälkeen malli II laskee DR-efektin. Mallien vaatimat lähtötiedot koostuvat virtausmääristä, fluidin ominaisuuksista, polymeerin ominaisuuksista, lisäaineen annostelutiedoista ja putkiston tiedoista.

Toimittajavarastointi teollisuusyrityksen kilpailuetuna sekä sen aiheuttamien kustannusten tarkastelu

Työn tavoitteena on tutkia toimittajavarastointia sekä siitä aiheutuvia kus-tannuksia. Työssä perehdytään tarkemmin toimitusketjun eri osapuolien väliseen yhteistyömalliin sekä tarkastellaan varastoinnin aiheuttamia kus-tannuksia yleisellä tasolla, sekä toimittajavarastointimallin mukanaan tuo-mien erillisten kustannuserien käsittelyä. Lisäksi tutkitaan, miten toimitta-javarastointimalli tuo lisähyötyä toimittajan toimintaan kilpailijoihin nähden. Tutkimus sisältää teoriaosuuden ja empiirisen osuuden, joissa esitellään aiheeseen liittyviä lainalaisuuksia ja erään teollisuusyrityksen toimittajavarastointia kahden esimerkkiasiakkaan kesken, sekä näiden asiakkaiden toimittajavarastoinnista esimerkkiyritykselle aiheutuvia kustannuksia. Teoriaosuudessa selvitetään toimittajavarastointiin liittyviä teoreettisia lähtökohtia ja sen vaikutuksia yritysten toimintaan. Kyseessä on kvalitatiivinen tapaustutkimus, jossa empiirinen aineisto ke-rättiin havainnoinnin, haastattelujen ja valmiiden dokumenttien perusteella sekä esimerkkiyrityksen tietokannoista. Teoriaosuuden lähteenä käytettiin aikaisempaa alan kirjallisuutta sekä artikkeleita. Tuloksena esitetään kustannusten laskentamalli, jonka avulla voidaan selvittää toimittajavarastoinnista aiheutuvat kustannukset ja niiden ositusperusteet.

Ballistisen simuloinnin liikeidean kehittämismahdollisuudet

Asevaikutusta laukaisusta kohteeseen simuloiva integroitu laskentaketju koostuu sisä-, ulko- ja maaliballistiikan malleista. Ulkoballistiikka kattaa laskentamallit radanlaskennan, sääkorjauksen ja ammusaerodynamiikan alueilla. Graafisella käyttöliittymällä toteutetulla, fysikaalisesti tarkkaan mallinnukseen perustuvalla ja kokonaisuuden kattavalla laskentajärjestelmällä on kasvavaa tarvetta teknisiä ja koulutuksellisia tarkoituksia varten. Erikoisesti, jos laskentaketjuun lisätään räjähdysvaikutuksen mallintaminen, voidaan simuloida asejärjestelmien vaikutusta kohteessa käyttäjien arvostamalla tavalla. Tietointensiiviset ballistiikan laskentamallit ovat välttämättömiä työkaluja teknisen suunnitteluosaamisen kattamiseksi ja kilpailuedun luomiseksi verkostoituneessa yritysympäristössä. Yliopistotutkimuksen tuottamien laskennallisten menetelmien hyötykäyttö yritysten suunnittelujärjestelmissä syventää teknistä osaamista, jolla on myös henkilöstöä motivoiva vaikutus teknisesti vaikeutuvilla markkinoilla. Työssä arvioidaan toimialaa analysoimalla eri käyttötarpeita samoille tietokantoihin tukeutuville laskentamalleille. Tarkastellaan teknisiä perusteita, käyttöympäristöjä ja markkinoita liiketoimintamahdollisuuksien tunnistamiseksi. Työn tuloksena syvennetään näkemystä ydinosaamisista ja visioidaan liikeidean erottumista kilpailijoista, markkinoita ja sen kehittämistä.

NH90 helikopterin moottoreiden syklilaskennan tehostaminen ja elinkaarihallinta

Tutkimustyö liittyy NH90 Helikopterin RTM-322 moottoreiden syklivaihdettavi-en osien huollonsuunnitteluun ja sen kehittämiseen. Tavoitteena oli löytää nykyi-sen käyttösyklilaskennan tilalle säästävämpi ratkaisumalli ja saada määritettyä suihkumoottorin osakokonaisuuksille lisälentoaikaa sekä huollonsuunnitteluun järkevämmät käyttöjaksot. Tähän päästiin selvittämällä käytännön lentotoiminnan avulla uudet laskentakertoimet ja -mallit moottorin eri osien eliniän määrittämi-seksi. Konkreettisena tavoitteena oli saada koneen käyttöhistoriaan perustuen kohdeorganisaatiolle esitys, miten moottoreiden käyttösyklilaskentaa tulisi muut-taa ja tehostaa. Diplomityön aihe muodostuu kolmesta tutkimusongelmakokonaisuudesta; moot-torin käyttöhistorian tutkimisesta, moottorivalmistajan hyväksymien syklilasken-tamenetelmien tutkimisesta ja moottorin syklien säästövaikutustarkastelusta tut-kimuksen määrittämillä uusilla laskentamenetelmillä. Tutkimuksen tuloksena muodostui NH90 huollonsuunnitteluun arvio mahdollisis-ta moottorisyklisäästöistä sekä moottoreiden näkökulmasta priorisoitu lista heli-kopterien moottoreiden laitevaihtohuoltojen järjestyksestä seuraavan viiden vuo-den aikana. Syklien säästötarkastelun pohjalta suoritettiin yhden koneen osalta koko käyttöhistorian ajalta takaisinlaskentatarkastelu. Tutkimuksessa selvitettiin Ilmavoimien meneillään olevien projektien valossa moottorisyklien tarkanlasken-nan toteuttamismahdollisuudet tulevaisuudessa. Tutkimuksessa saatujen tulosten avulla vältyttäisiin tulevaisuudessa RTM-322 moottorin ennenaikaisilta laitevaih-doilta koko NH90 kaluston suhteen ja näin saataisiin aikaan merkittävän suuria säästöjä vuoteen 2020 mennessä.

Application and development of numerical methods for the modelling of innovative gas cooled fission reactors

Innovative gas cooled reactors, such as the pebble bed reactor (PBR) and the gas cooled fast reactor (GFR) offer higher efficiency and new application areas for nuclear energy. Numerical methods were applied and developed to analyse the specific features of these reactor types with fully three dimensional calculation models. In the first part of this thesis, discrete element method (DEM) was used for a physically realistic modelling of the packing of fuel pebbles in PBR geometries and methods were developed for utilising the DEM results in subsequent reactor physics and thermal-hydraulics calculations. In the second part, the flow and heat transfer for a single gas cooled fuel rod of a GFR were investigated with computational fluid dynamics (CFD) methods. An in-house DEM implementation was validated and used for packing simulations, in which the effect of several parameters on the resulting average packing density was investigated. The restitution coefficient was found out to have the most significant effect. The results can be utilised in further work to obtain a pebble bed with a specific packing density. The packing structures of selected pebble beds were also analysed in detail and local variations in the packing density were observed, which should be taken into account especially in the reactor core thermal-hydraulic analyses. Two open source DEM codes were used to produce stochastic pebble bed configurations to add realism and improve the accuracy of criticality calculations performed with the Monte Carlo reactor physics code Serpent. Russian ASTRA criticality experiments were calculated. Pebble beds corresponding to the experimental specifications within measurement uncertainties were produced in DEM simulations and successfully exported into the subsequent reactor physics analysis. With the developed approach, two typical issues in Monte Carlo reactor physics calculations of pebble bed geometries were avoided. A novel method was developed and implemented as a MATLAB code to calculate porosities in the cells of a CFD calculation mesh constructed over a pebble bed obtained from DEM simulations. The code was further developed to distribute power and temperature data accurately between discrete based reactor physics and continuum based thermal-hydraulics models to enable coupled reactor core calculations. The developed method was also found useful for analysing sphere packings in general. CFD calculations were performed to investigate the pressure losses and heat transfer in three dimensional air cooled smooth and rib roughened rod geometries, housed inside a hexagonal flow channel representing a sub-channel of a single fuel rod of a GFR. The CFD geometry represented the test section of the L-STAR experimental facility at Karlsruhe Institute of Technology and the calculation results were compared to the corresponding experimental results. Knowledge was gained of the adequacy of various turbulence models and of the modelling requirements and issues related to the specific application. The obtained pressure loss results were in a relatively good agreement with the experimental data. Heat transfer in the smooth rod geometry was somewhat under predicted, which can partly be explained by unaccounted heat losses and uncertainties. In the rib roughened geometry heat transfer was severely under predicted by the used realisable k − epsilon turbulence model. An additional calculation with a v2 − f turbulence model showed significant improvement in the heat transfer results, which is most likely due to the better performance of the model in separated flow problems. Further investigations are suggested before using CFD to make conclusions of the heat transfer performance of rib roughened GFR fuel rod geometries. It is suggested that the viewpoints of numerical modelling are included in the planning of experiments to ease the challenging model construction and simulations and to avoid introducing additional sources of uncertainties. To facilitate the use of advanced calculation approaches, multi-physical aspects in experiments should also be considered and documented in a reasonable detail.

Discrepancies in solar irradiation data for Stockholm and Athens

The aim of this study is to evaluate the variation of solar radiation data between different data sources that will be free and available at the Solar Energy Research Center (SERC). The comparison between data sources will be carried out for two locations: Stockholm, Sweden and Athens, Greece. For the desired locations, data is gathered for different tilt angles: 0°, 30°, 45°, 60° facing south. The full dataset is available in two excel files: “Stockholm annual irradiation” and “Athens annual irradiation”. The World Radiation Data Center (WRDC) is defined as a reference for the comparison with other dtaasets, because it has the highest time span recorded for Stockholm (1964–2010) and Athens (1964–1986), in form of average monthly irradiation, expressed in kWh/m2. The indicator defined for the data comparison is the estimated standard deviation. The mean biased error (MBE) and the root mean square error (RMSE) were also used as statistical indicators for the horizontal solar irradiation data. The variation in solar irradiation data is categorized in two categories: natural or inter-annual variability, due to different data sources and lastly due to different calculation models. The inter-annual variation for Stockholm is 140.4kWh/m2 or 14.4% and 124.3kWh/m2 or 8.0% for Athens. The estimated deviation for horizontal solar irradiation is 3.7% for Stockholm and 4.4% Athens. This estimated deviation is respectively equal to 4.5% and 3.6% for Stockholm and Athens at 30° tilt, 5.2% and 4.5% at 45° tilt, 5.9% and 7.0% at 60°. NASA’s SSE, SAM and RETScreen (respectively Satel-light) exhibited the highest deviation from WRDC’s data for Stockholm (respectively Athens). The essential source for variation is notably the difference in horizontal solar irradiation. The variation increases by 1-2% per degree of tilt, using different calculation models, as used in PVSYST and Meteonorm. The location and altitude of the data source did not directly influence the variation with the WRDC data. Further examination is suggested in order to improve the methodology of selecting the location; Examining the functional dependence of ground reflected radiation with ambient temperature; variation of ambient temperature and its impact on different solar energy systems; Im pact of variation in solar irradiation and ambient temperature on system output.

Introdução ao forjamento isotérmico

Pretende este trabalho dar início ao estudo do processo de forjamento isotérmico de uma peça de uma liga de alumínio (Al Mg Sil) através de alguns parâmetros como curva de escoamento, influência de lubrificantes e modelos de cálculo de força. Para a análise da curva de escoamento da liga Al Mg Sil foram realizados testes alterando-se tanto a temperatura de ensaio como a velocidade de prensagem. Os resultados obtidos foram comparados com os resultados de duas referências bibliográficas. Em relação ao forjamento apresenta-se a ferramenta utilizada nos testes e descreve-se sobre as influências de alguns lubrificantes testados. Finalizando, mostra-se os resultados obtidos experimentalmente e os resultados obtidos através da aplicação de três modelos teóricos extraídos da literatura. Conclusões e sugestões para futuros trabalhos são também apresentados.

Ligações em estruturas metálicas com ênfase em perfís formados a frio

Pós-graduação em Engenharia Civil - FEIS

Determinação da entropia de mistura amônia e água para aplicações em processos de refrigeração por absorção

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Shear force and torsion in reinforced concrete beam elements: theoretical analysis based on Brazilian Standard Code ABNT NBR 6118:2007

Reinforced concrete beam elements are submitted to applicable loads along their life cycle that cause shear and torsion. These elements may be subject to only shear, pure torsion or both, torsion and shear combined. The Brazilian Standard Code ABNT NBR 6118:2007 [1] fixes conditions to calculate the transverse reinforcement area in beam reinforced concrete elements, using two design models, based on the strut and tie analogy model, first studied by Mörsch [2]. The strut angle θ (theta) can be considered constant and equal to 45º (Model I), or varying between 30º and 45º (Model II). In the case of transversal ties (stirrups), the variation of angle α (alpha) is between 45º and 90º. When the equilibrium torsion is required, a resistant model based on space truss with hollow section is considered. The space truss admits an inclination angle θ between 30º and 45º, in accordance with beam elements subjected to shear. This paper presents a theoretical study of models I and II for combined shear and torsion, in which ranges the geometry and intensity of action in reinforced concrete beams, aimed to verify the consumption of transverse reinforcement in accordance with the calculation model adopted As the strut angle on model II ranges from 30º to 45º, transverse reinforcement area (Asw) decreases, and total reinforcement area, which includes longitudinal torsion reinforcement (Asℓ), increases. It appears that, when considering model II with strut angle above 40º, under shear only, transverse reinforcement area increases 22% compared to values obtained using model I.