ANÁLISE NUMÉRICA DE RISERS UTILIZANDO UM MODELO DE CABO INEXTENSÍVEL

Propõe-se um modelo simples e eficiente para a análise estática de risers com o objetivo de determinar a geometria e os esforços atuantes. O modelo proposto considera que o riser se comporta como um cabo inextensível, de rigidez axial infinita e rigidez à flexão aula, submetido a cargas estáticas verticais (peso e empuxo) e de corrente, além do movimento da unidade flutuante. As forças de corrente são calculadas utilizando as equações de Morison. As equações diferenciais que governam o comportamento do problema são obtidas considerando o equilíbrio de um segmento diferencial de riser. As condições de contorno do riser são prescritas em dois pontos diferentes (conexão e âncora), resultando em um Problema de Valor de Contorno (PVC). Este PVC é resolvido utilizando o Método do Tiro Shooting Method), no qual o Problema de Valor Inicial (PVI) associado é resolvido utilizando o Método de Runge-Kutta de 4º a ordem. O sistema de equações não lineares resultante é resolvido pelo Método de Newton-Raphson com busca linear, de maneira a garantir a convergência global do método. O modelo foi implementado computacionalmente e utilizado na análise risers em diversas configurações e excelentes resultados foram obtidos quando comparados com elementos finitos

OTIMIZAÇÃO DE RISERS COMPÓSITOS UTILIZANDO ALGORITMOS BIOINSPIRADOS

Este trabalho apresenta uma metodologia para otimização de risers de material compósito em configuração de catenária livre, visando a redução do custo de fabricação através da minimização da quantidade de material compósito utilizado. As variáveis de projeto são o número de lâminas, a orientação e a espessura de cada uma delas, estando limitadas a valores discretos. O modelo inclui restrições de resistência e estabilidade do riser. Devido ao uso de variáveis discretas, a otimização é feita utilizando dois tipos de algoritmos bioinspirados: os Algoritmos Genéticos (AG) e a Otimização por Nuvem de Partículas (PSO). A formulação utiliza uma metodologia de análise global-local, sendo um odelo de cabo inextensível utilizado na análise global e a Teoria Clássica da Laminação (TCL) utilizada na análise local. Foram investigadas alternativas de projeto considerado as propriedades do material compósito no estado não degradado e no estado degradado. Os resultados obtidos pelos dois algortimos convergiram e foram coerentes com o esperado: a espessura da parede do riser é maior quando se considera o efeito da corrente. As propriedades (degradadas ou não degradadas) do material compósito, entretanto, não influenciaram na espessura final otimizada. Destaca-se, por fim, o desempenho do PSO, que atingiu convergência mais rápido junto à melhores taxas de sucesso em comparação aos AG

FLAMBAGEM E COMPORTAMENTO PÓS-CRÍTICO DE COLUNAS LAMINADAS DE PERFIL ABERTO

A utilização dos materiais compósitos, difundida em estruturas aeronáuticas na forma de placas e cascas laminadas, tem se destacado também na indústria da construção civil, sobretudo na fabricação de vigas e colunas. Estes materiais possuem várias vantagens quando comparados aos materiais tradicionais, contudo, o comportamento mecânico destas estruturas é mais complexo, principalmente devido à ortotropia dos compósitos. O presente trabalho tem como objetivos a determinação da carga crítica, do modo de flambagem e do comportamento pós-crítico de colunas laminadas de perfil aberto, buscando-se verificar a influência da geometria e esquema de laminação no comportamento da coluna, bem como observar em quais casos a flambagem irá prevalecer sobre a resistência do material. O colapso das colunas foi avaliado segundo a abordagem baseada na Falha da Primeira Lâmina (FPF) e, para isto, alguns critérios de falha foram usados e comparados. O comportamento das colunas foi simulado utilizando elementos finitos de casca laminada. A validação do modelo de análise foi feita a partir de resultados experimentais e numéricos encontrados na literatura obtendo-se excelente concordância

APLICAÇÃO DE REDES NEURAIS ARTIFICIAIS NA OTIMIZAÇÃO DE PLACAS LAMINADAS

A utilização de técnicas de otimização ao projeto de estruturas reais tem sido limitada pelo alto custo computacional da análise estrutural, normalmente realizada através do Método dos Elementos Finitos. A fim de evitar este problema, este trabalho apresenta uma estratégia de metamodelagem, usando Redes Neurais Artificiais (RNA), do comportamento de placas laminadas de material compósito reforçado por fibras. Esta estratégia é utilizada na otimização de uma placa laminada compósita. O hipercubo latino é usado como técnica de amostragem. Após o treinamento, as redes foram utilizadas para aproximar o cálculo da segurança à flambagem das placas durante a otimização. Os resultados obtidos mostraram que uma aproximação adequada foi obtida, levando à mesma solução ótima obtida utilizando a solução exata

OPTIMIZATION OF STEEL CATENARY RISERS USING BIOINSPIRED ALGORITHMS

The design of a riser is very time consuming, since a large number of parameters (e.g.: thickness, top angle, and material properties) are involved and tight safety requirements must be met. This leads to the study of tools, such as optimization algorithms, that can speed up the process of elaborating a feasible riser project for certain conditions. Considering that some of the parameters in the design of a riser can assume a discrete set of values, the utilization of mathematical programming algorithms becomes unfeasible. It is then necessary to use metaheuristic algorithms, such as Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization.In this context, this paper presents a study on the application of bio-inspired algorithms,including GA and PSO, to the design optimization of steel catenary risers. The problem consists of finding the riser material and wall thickness that minimize the cost to fabricate a viable riser, in conformance with the requirements of technical standards. The main hypotheses that were adopted are presented, along with the description of the methodology employed. The results show that a significant reduction in riser cost is achieved when the riser is divided in multiple segments with different thickness and material. The efficiency of the utilized algorithms in finding an optimum riser design for the specified conditions is onfirmed by the obtained numerical results

ANÁLISE NUMÉRICA DE RISERS UTILIZANDO UM MODELO DE CABO INEXTENSÍVEL

Propõe-se um modelo simples e eficiente para a análise estática de risers com o objetivo de determinar a geometria e os esforços atuantes. O modelo proposto considera que o riser se comporta como um cabo inextensível, de rigidez axial infinita e rigidez à flexão aula, submetido a cargas estáticas verticais (peso e empuxo) e de corrente, além do movimento da unidade flutuante. As forças de corrente são calculadas utilizando as equações de Morison. As equações diferenciais que governam o comportamento do problema são obtidas considerando o equilíbrio de um segmento diferencial de riser. As condições de contorno do riser são prescritas em dois pontos diferentes (conexão e âncora), resultando em um Problema de Valor de Contorno (PVC). Este PVC é resolvido utilizando o Método do Tiro Shooting Method), no qual o Problema de Valor Inicial (PVI) associado é resolvido utilizando o Método de Runge-Kutta de 4º a ordem. O sistema de equações não lineares resultante é resolvido pelo Método de Newton-Raphson com busca linear, de maneira a garantir a convergência global do método. O modelo foi implementado computacionalmente e utilizado na análise risers em diversas configurações e excelentes resultados foram obtidos quando comparados com elementos finitos

DESENVOLVIMENTO DE UM PRÉ-PROCESSADOR PARA ANÁLISE ISOGEOMÉTRICA

 A Análise Isogeométrica (AIG) é uma alternativa recente para a solução de problemas de engenharia, incluindo a análise de tensões em sólidos e estruturas. Esta abordagem tem muitas características em comum com o Método dos Elementos Finitos (MEF), mas tem como vantagem sobre este a capacidade de representar de forma exata geometrias complexas. Isso se deve à AIG utilizar na solução numérica das equações governantes do problema as mesmas funções utilizadas pelos sistemas CAD para a modelagem geométrica, como as B-Splines e NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines). Os modelos gerados pelas NURBS são definidos em função de um conjunto de pontos de controle, pesos e de intervalos paramétricos (knot vector), representando exatamente tanto formas livres quanto círculos, cilindros e quádricas. O refinamento das NURBS utilizadas na AIG é realizado utilizando os algoritmos de inserção de knot e elevação de grau, bastante utilizados na modelagem geométrica. Considerando estes aspectos, neste trabalho foi desenvolvida uma interface que realiza o pré-rocessamento para AIG baseado no refinamento de NURBS. A partir de uma geometria inicial, o programa permite a geração de um modelo para a AIG com o grau de refinamento escolhido pelo usuário. Os atributos do modelo, como material, carregamento e condições de contorno, são aplicados na geometria e depois associados à malha. Desta forma, o programa desenvolvido é capaz de gerar modelos completos para a AIG, possibilitando a visualização destes, e escrevê-los no formato requerido pelo programa de análise numérica. Este programa foi utilizado na análise de várias estruturas de forma complexa obtendo-se excelentes resultados

OTIMIZAÇÃO DE RISERS COMPÓSITOS UTILIZANDO ALGORITMOS BIOINSPIRADOS

Este trabalho apresenta uma metodologia para otimização de risers de material compósito em configuração de catenária livre, visando a redução do custo de fabricação através da minimização da quantidade de material compósito utilizado. As variáveis de projeto são o número de lâminas, a orientação e a espessura de cada uma delas, estando limitadas a valores discretos. O modelo inclui restrições de resistência e estabilidade do riser. Devido ao uso de variáveis discretas, a otimização é feita utilizando dois tipos de algoritmos bioinspirados: os Algoritmos Genéticos (AG) e a Otimização por Nuvem de Partículas (PSO). A formulação utiliza uma metodologia de análise global-local, sendo um modelo de cabo inextensível utilizado na análise global e a Teoria Clássica da Laminação (TCL) utilizada na análise local. Foram investigadas alternativas de projeto considerado as propriedades do material compósito no estado não degradado e no estado degradado. Os resultados obtidos pelos dois algortimos convergiram e foram coerentes com o esperado: a espessura da parede do riser é maior quando se considera o efeito da corrente. As propriedades (degradadas ou não degradadas) do material compósito, entretanto, não influenciaram na espessura final otimizada. Destaca-se, por fim, o desempenho do PSO, que atingiu convergência mais rápido junto à melhores taxas de sucesso em comparação aos AG

Local buckling and post-critical behavior of thin-walled composite channel section columns

<div><p>Abstract This work presents a study of the behavior, performance and failure of thin-walled composite channel section columns. The study is carried-out using nonlinear finite element models of laminated columns, including geometric imperfections and material failure, as well as approximate analytical solutions based on the Classical Lamination Theory. The accuracy of the numerical model is assessed using experimental results available in the literature and very good results were obtained. The results show the influence of the column layup and wall thickness on the structural behavior of laminated columns, including the buckling mode and ultimate failure load. Finally, the numerical model is used to assess the accuracy of approximate closed-form expressions for evaluation of the local buckling loads of composite channel section columns.</p></div

Nonlinear analysis of steel scaffolds for shoring of concrete structures

Abstract Shoring systems are temporary structures that should resist external loads during the construction of concrete structures. Therefore, the shoring system should have sufficient strength and stiffness to ensure the safety of the concrete structure until it becomes self-supporting. Unfortunately, a large number of accidents occur during the construction of concrete structures due to the failure of the shoring system, showing the importance of improving the knowledge about these structures. This work aims to study the behavior of steel scaffolds used in the construction of high-clearance concrete structures using three-dimensional finite element models considering both geometrical and material nonlinearities. The obtained results are in good agreement with experimental results available in literature. The results showed that the boundary conditions have a significant influence on the failure loads of steel scaffolds