OTIMIZAÇÃO ESTRUTURAL DE ELEMENTOS EM COMPÓSITOS USANDO REDES NEURAIS ARTIFICIAIS

É de grande relevância investigar possíveis falhas em materiais compósitos visando Ã  segurança das estruturas. O critério de falha Tsai-Wu é um método eficaz para analisar as falhas em materiais compósitos anisotrópicos, definindo se o material em determinado carregamento sofrerá ou não falha estrutural. Buscando a otimização da produção de materiais compósitos em fibras de carbono foi utilizada a técnica de Redes Neurais Artificiais (RNA). Neste trabalho, o intuito é que esta técnica consiga encontrar uma configuração de camadas conveniente para a produção do material compósito. Primeiramente, foram feitas simulações numéricas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF). Para as simulações foi considerada uma viga tubular engastada-livre sujeita a uma força de compressão em uma de suas extremidades. Como resultado das simulações obteve-se o valor do índice de Tsai-Wu para cada laminado com 03 camadas. Quando a rede neural é bem treinada, a mesma é capaz de fazer a inversão do que foi feito pela simulação numérica, ou seja, conhecendo o valor do índice de falha é gerada a configuração adequada para o laminado. Os resultados obtidos pela RNA foram satisfatórios, permitindo que uma produção de materiais compósitos seja feita de forma mais confiável e com um número menor de experimentos

Desenvolvimento de uma técnica baseada em medidas ultrassônicas e redes neurais para a identificação do padrão de escoamento e determinação da fração volumétrica de gás de escoamentos multifásicos da indústria petrolífera.

Na indústria petrolífera, o escoamento a jusante do poço é composto de uma grande variedade de hidrocarbonetos e componentes não desejados como água, dióxido de carbono, sais, enxofre e areia. A necessidade de um medidor de vazão multifásico surge quando é necessário ou desejável medir a vazão a montante dos separadores. A técnica ultrassônica preenche muito dos requisitos para medição multifásica, principalmente por ser não intrusiva, não radioativa, robusta e relativamente barata. O inconveniente da técnica ultrassônica, como ocorre com outros medidores multifásicos, é a necessidade de calibração do sinal. Uma solução para esse problema pode ser o uso das redes neurais artificias (RNAs). Neste contexto, o presente trabalho estudou a técnica ultrassônica associada a RNAs para predição da fração volumétrica de gás (FVG). Para a realização das medições ultrassônicas, projetou-se um protótipo para operar sob condições comumente encontradas na indústria petrolífera. O protótipo foi então testado em laboratório utilizando uma montagem simplificada. Ademais, fez-se um estudo profundo do uso de números adimensionais, calculados a partir de variáveis medidas no cotidiano da indústria petrolífera, associados a RNAs para a previsão da FVG e do padrão de escoamento. Os resultados das RNAs baseadas em números adimensionais foram comparados com resultados de simulações numéricas unidimensionais utilizando o programa computacional OLGA distribuído pela companhia Schlumberger

Otimização Estrutural de Elementos em Compósitos Usando Redes Neurais Artificiais.

Os materiais compósitos apresentam numerosos benefícios como baixo peso, alta resistência mecânica e rigidez. Estruturas feitas em materiais compósitos vêm sendo desenvolvidas por diversas indústrias e, existe uma grande preocupação em relação à segurança das mesmas. Sendo assim, é importante ter mecanismos que detectem futuras falhas neste material e proporcionem a produção de estruturas mais confiáveis. Esta pesquisa buscou desenvolver um mecanismo utilizando as simulações numéricas através do Método de Elementos Finitos (MEF) e do Critério de Falha Tsai-Wu, juntamente com as Redes Neurais Artificiais (RNAs), na busca por configurações para o material compósito laminado que não apresentem falha e tenham uma margem de segurança que atenda as necessidades de projeto. Primeiramente, foram feitas simulações numéricas considerando um laminado com geometria tubular de aplicação médica e uma viga de aplicação qualquer, buscando como resposta o valor máximo do critério de falha para configurações que consideram as orientações das camadas do laminado de 0°, 45° e 90°. Os resultados gerados com as simulações foram empregados em bancos de dados que posteriormente foram utilizados para treinamento e validação das RNAs. Sendo estas, criadas para determinar qual a orientação para a estrutura laminada de acordo com o valor do critério de falha. Após muitos treinamentos, foram encontrados parâmetros ótimos que permitiram que as RNAs gerassem respostas coerentes de acordo com as informações impostas para validação. As orientações geradas pelas RNAs foram validadas e encontraram semelhança com o valor do critério de falha inserido como entrada nas RNAs. Assim, pôde-se fazer uma inversão das RNAs com o propósito de projeto de estruturas compósitas

Implementação de um sistema de informação geográfica para a gestão da empresa florestal.

Este trabalho mostra a integração do modelo administrativo de uma empresa florestal através da implementação de um sistema de informação geográfica. Como base do trabalho, foi utilizado o sistema SPRING (Sistema para Processamento de Informações Georreferenciadas) desenvolvido pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Também foram utilizados os sistemas SISPINUS (Simulador de Crescimento e Produção de Pinus elliottii e Pinus taeda) e PLANIN (Planejamento Florestal Integrado), ambos desenvolvidos pela EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) e UFPR (Universidade Federal do Paraná). O Uso do SPRING integrado a simuladores da produção tornou viável a elaboração de um sistema que possibilita a espacialização da prognose de crescimento e produção por sortimento de madeira bem como da programação de cortes e parâmetros econômicos, até resultados mais avançados de análise espacial. O sistema de informação geográfica implementado apresentou bons resultados e demonstrou grandes possibilidades proporcionando a rápida visualização espacial de informações obtidas como também a integração e produção de novas informações que podem auxiliar os processos de decisão e planejamento das empresas, sobretudo no planejamento e manejo florestal de espécies de rápido crescimento

Estudo Aeroacústico Numérico e Experimental de Ventilador Axial.

O projeto aeroacústico de ventiladores axiais tem um papel importante para o controle do seu nível de emissão sonora e conservação do seu desempenho aerodinâmico. Desse modo, o presente estudo buscou implementar técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD) para obter o comportamento aerodinâmico e as características acústicas de operação deste tipo de máquina de fluxo. Um ventilador axial de pás sem torção foi escolhido para realização dos procedimentos numéricos e validação por meio de resultados experimentais. As características aerodinâmicas desse ventilador foram obtidas em um banco de testes adequado às normas ASHRAE (Norma 5175)/ AMCA (Norma 210-74). Além disso, para os experimentos acústicos foi considerada a norma ISO 13347-3:2004. Na metodologia numérica foram examinadas diferentes condições de contorno, modelos de turbulência e analogias acústicas. Além disso, foram consideradas simulações no regime permanente e transiente. A metodologia mais eficaz para reprodução do comportamento aerodinâmico do ventilador axial foi obtida por meio do modelo de turbulência k-ω SST, apesar de ser recomendado uma mudança no domínio da entrada para melhora na previsão do comportamento do ventilador axial para elevados valores de vazão. Quanto aos resultados acústicos, a analogia de modelo de fonte de ruído de banda larga apresentou resultados coerentes de acordo com as observações experimentais e permitiu uma análise das fontes sonoras no domínio do fluido em análise. Para a simulação transiente, a implementação do modelo k-ω SST e do modelo acústico Ffowcs Willams e Hawkings (FW-H) proporcionou resultados que subestimam os valores encontrados nos experimentos

Análise estrutural de módulo para transporte terrestre de tropas

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Curso de Engenharia Automotiva, 2015.O trabalho apresenta estudo sobre uma proposta que está sendo sugerida ao Exército Brasileiro para o transporte das tropas. Atualmente, há diversas ocorrências de danos materiais e pessoais durante o transporte e a proposta mostrada incorpora uma estrutura tubular em aço capaz de proteger os ocupantes, além de promover dinamicidade e versatilidade ao Exército Brasileiro. Este trabalho aborda, primeiramente, um ensaio experimental feito na estrutura e seus respectivos resultados. Neste trabalho, propõe-se uma análise numérica e experimental de um módulo auxiliar para transporte de tropas por meio terrestre. Para se chegar a tais objetivos, primeiro é realizada análise experimental de um módulo metálico, capaz de transportar quatro indivíduos simultaneamente. Isso é feito com base na análise de integridade do material e rigidez da estrutura, tendo como parâmetros esforços que simulam condições de capotamento/tombamento de um sistema caminhãomódulos de transporte. Análise da deflexão máxima da estrutura é efetuada, com o intuito de se medir a rigidez global do sistema. Em uma segunda etapa, simulações numéricas em um programa comercial de elementos finitos (ABAQUS) são realizadas, com base em um comportamento elasto-plástico da estrutura, utilizando também as mesmas condições de carregamento adotadas durante a etapa de análise experimental. Por fim, uma comparação entre os resultados numéricos e experimentais é feita, bem como uma conclusão a respeito das condições estruturais do projeto.This paper presents a study of a proposal being suggested to the Brazilian Army to transport troops. Currently, there are several instances of damage or injury during transport and shown proposal incorporates a tubular steel frame able to protect the occupants, in addition to promoting dynamism and versatility to the Brazilian army. This paper first discusses an experimental test done on the structure and their results. In this paper, we propose a numerical and experimental analysis of an auxiliary module for troop transport by land. To achieve such objectives, it is first conducted an experimental analysis module of a metal capable of carrying four individuals simultaneously. This analysis is based on the material integrity analysis and rigidity of the structure, with the parameters efforts that simulate conditions of rollover/tipping a transport truck-system modules. Analysis of the structure of the maximum deflection is made in order to measure the overall stiffness of the system. In a second step, numerical simulations in a commercial finite element software (ABAQUS) are made based on an elasto-plastic behavior of the structure, also using the same loading conditions adopted during the step of experimental analysis. Finally, a comparison between the numerical and experimental results is made and a conclusion about the structural conditions of the project

Otimização multiobjetivo de vaso de pressão tipo IV para armazenamento de hidrogênio usando método dos elementos finitos e metodologia de superfície de resposta

Hydrogen fuel cells for vehicles are entering the automotive market and many other markets, offering benefits such as reduced harmful gas emissions, enhanced energy security, and increased transportation efficiency. One of the major challenges in this field is the development of technologies for storing hydrogen in a manner that allows safe transportation and storage from the production site to the end consumer. Hydrogen storage requires a more sophisticated pressure storage vessel compared to a gasoline tank, for example. The primary challenge with hydrogen storage cylinders lies in their construction and design, particularly in identifying alternative materials and configurations of different fibers that can withstand the rated internal working pressure. In this study, numerical simulations will be conducted using the Finite Element Method (FEM) to evaluate various laminate configurations, including different orientations and fiber thicknesses. The objective is to assess the minimum probability of failure. To enhance computational efficiency, the Response Surface Methodology (RSM) will be utilized to create an objective function, which will be optimized using the Genetic Algorithm (GA). The ideal parameters of the pressure vessel will be validated using the Method of Finite Elements (MEF). Initially, numerical simulations will be performed using FEM on a type IV composite pressure vessel. A polyamide 6 (PA6) liner with a carbon fiber weave will be considered, along with different orientations and constant thickness of the laminated layers. The objective is to minimize the Tsai-Wu safety factor for each combination. Some data obtained from the FEM will be used to create a customized inverse factor (IRF) response surface model. This model will be used to determine the reserve strength of the material based on the Tsai-Wu Failure Criterion, which adequately represents the influence of these parameters on the mechanical response of the pressure vessel. Subsequently, the multi-objective optimization method of genetic algorithms will be employed to find the optimal values of the design variables that ensure the lowest weight and minimum probability of failure. The results demonstrate the effectiveness of this methodology, which will then be validated using the Finite Element Method (FEM) to confirm the ideal parameters of the pressure vessel.As células de combustível de hidrogênio para veículos estão entrando no mercado automotivo e em muitos outros mercados, como sistemas de armazenamento estacionários e combustível aeroespacial para foguetes, oferecendo benefícios como a redução das emissões de gases nocivos, maior segurança energética e maior eficiência dos transportes. Um dos grandes desafios neste campo é o desenvolvimento de tecnologias para armazenar hidrogénio de uma forma que permita o transporte e armazenamento seguros desde o local de produção até ao consumidor final. O armazenamento de hidrogênio requer um recipiente sob pressão mais sofisticado em comparação com um tanque de combustível tradicional, por exemplo. O principal desafio do vaso de pressão para armazenamento de hidrogênio reside na sua construção e no projeto, particularmente na identificação de materiais alternativos e configurações de diferentes fibras que possam suportar a pressão interna nominal de trabalho. Neste estudo, simulações numéricas serão realizadas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) para avaliar diversas configurações de laminados, incluindo diferentes orientações e espessuras de fibra. O objetivo é avaliar a probabilidade mínima de falha. Para aumentar a eficiência computacional, a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) será utilizada para criar uma função objetivo, que será otimizada usando o Algoritmo Genético (AG). Os parâmetros ideais do vaso de pressão serão validados através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Inicialmente, simulações numéricas serão realizadas utilizando FEM em um vaso de pressão composto tipo IV. Será considerado um liner de poliamida 6 (PA6) com trama de fibra de carbono, juntamente com diferentes orientações e espessura constante das camadas laminadas. O objetivo é minimizar o fator de segurança Tsai-Wu para cada combinação. Alguns dados obtidos do FEM serão usados para criar um modelo de superfície de resposta de fator inverso (IRF) personalizado. Este modelo será utilizado para determinar a resistência de reserva do material com base no Critério de Falha Tsai-Wu, que representa adequadamente a influência desses parâmetros na resposta mecânica do vaso de pressão. Posteriormente, será empregado o método de otimização multiobjetivo de algoritmos genéticos para encontrar os valores ótimos das variáveis de projeto que garantam o menor peso e a mínima probabilidade de falha. Os resultados demonstram a eficácia desta metodologia, que será então validada através do Método dos Elementos Finitos (MEF) para confirmar os parâmetros ideais do vaso de pressão

Um gerador de amostras virtuais de misturas asfálticas :desenvolvimento e aplicabilidade em simulações microestruturais

Asphalt mixtures are composite materials where particles with varied dimensions are dispersed in a matrix composed of binder, fine and coarse aggregates, voids and additives. Nowadays, several laboratory tests are necessary to understand and control the asphalt mixture quality, however, the microstructural interactions are not so readily accessed in the laboratory. In this sense, this work sought the development of a virtual asphaltic sample generator, capable of generating representative asphalt mixture microstructures. The developed generator uses real aggregates images obtained through digital image sampling. Several virtual samples were generated and used in finite element simulations prepared to replicate real laboratory testing, such as dynamic module and fracture. Simulation results were compared to laboratory data. Results indicated a good agreement between virtual and real asphalt samples, indicating the developed generator has the potential to become a good tool for the analysis and design of asphalt mixtures.Misturas asfálticas são materiais compósitos onde partículas de diversas dimensões encontram-se dispersas em uma matriz composta de ligante asfáltico, agregados finos, vazios e aditivos. Diversos ensaios laboratoriais são necessários para compreender e controlar a qualidade destas misturas não é tão elementar. Neste sentido, neste trabalho buscou-se desenvolver um gerador de amostra asfálticas virtuais representativas de misturas asfálticas reais, utilizando imagens de agregados reais obtidos a partir de imageamento digital na geração das amostras. Diversas amostras virtuais geradas foram utilizadas em simulações numéricas de elementos finitos que replicassem ensaios laboratoriais de parâmetros como módulo dinâmico e de fratura; os resultados foram, então comparados a ensaios reais. Foi verificada uma semelhança adequada entre os resultados, indicando que o gerador desenvolvido pode se tornar uma boa ferramenta na análise e projeto de misturas asfálticas

Análise do desempenho térmico do enclausuramento de corredores em ambientes de Data Center

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.Os Datas Centers tornaram-se um ambiente tecnológico cada vez mais presente no cotidiano da sociedade, gerindo sistemas que são responsáveis pela organização estrutural de corporações e até países. Com o aumento da produção de informações, para administrar tais sistemas o consumo de energia tende a aumentar significativamente nos próximos anos. Este trabalho apresenta uma análise de eficiência energética através da implementação de enclausuramento de corredores frios em Data Centers a fim de reduzir os custos totais com a refrigeração do sistema. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThe Dates Centers have become an increasingly technological environment present in everyday life, managing systems that are responsible for the structural organization of corporations and even countries. With the increased production of information to administer such systems, the energy consumption is likely to increase significantly in the coming years. This paper presents an analysis of energy efficiency through the implementation of enclosure of cold aisle in Data Centers in order to reduce total costs with the cooling system