Análise de níveis de vibração em usuários de trens urbanos

Urban trains and subways are a Brazilian reality. One major aspect that is delegated to a second plan, concerns the quality transportation referred to availability, capacity and safety. Lately, vibration and noise produced by this means of transport have been affecting the life quality in neighborhoods as well as their users. In this paper, the whole body vibration levels in urban trains in Porto Alegre (Trensurb) are evaluated in some situations. Regarding the vibration and rms acceleration doses, the measured values were very low for the back, seat and floor in the vehicle which resulted below the action limit 0.5 m/s² thus, far from the exposure limit 1.1 m/s2 for an 8h exposure time. Generally speaking, the measured vibration levels are considered comfortable, according to values defined in standards, however in some positions and situation, they can be considered uncomfortable.Os trens urbanos e metrôs são uma realidade brasileira. Um aspecto importante que é delegado a um segundo plano, diz respeito à qualidade do transporte quanto à disponibilidade, lotação e segurança. Ultimamente a vibração e o ruído produzido por estes meios de transporte têm afetado a qualidade de vida nas vizinhanças dos trajetos assim como dos seus usuários. Neste artigo, são avaliados os níveis de vibração de corpo inteiro nos usuários de trens urbanos de Porto Alegre (Trensurb) em situações usuais de utilização. Em relação às doses de vibração e de aceleração rms medidas, quando comparados com normas, essas se mostraram baixas, tendo sido verificados valores avaliados no encosto, assento e piso no veículo, abaixo do nível de ação 0,5 m/s² e portanto, longe do limite de exposição 1,1 m/s2 para exposição de 8h. Em geral, os níveis de vibração medidos foram considerados confortáveis, de acordo com valores definidos em normas, entretanto em algumas situações e posições de medição, mostraram-se desconfortáveis

Análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado usando o método dos elementos finitos e processos de simulação

Os critérios de projeto de estruturas de concreto armado estão relacionados com uma teoria bem fundamentada. Devido à incerteza presente nas variáveis envolvidas, no modelo matemático empregado, na implementação estrutural, ou mesmo em problemas de caráter fenomenológico, formulações empíricas são também utilizadas, assegurando uma performance estrutural conhecida. Nas estruturas é importante o conhecimento do nível de segurança com o qual se está trabalhando. Modelos experimentais podem ser usados para predizer o comportamento estrutural de tais estruturas, porém esta escolha nem sempre é a preferida devido ao seu alto custo. Ainda assim, não se pode ter uma medida do nível de segurança do projeto. Portanto, o principal problema é a necessidade de uma avaliação quantitativa da margem de segurança, a fim de que se tenha um projeto consistente, onde há uma distribuição homogênea do nível de segurança em toda a estrutura. Neste trabalho é feita a análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado. Ela é feita através de Simulação Direta de Monte Carlo usando a técnica de Amostragem por Importância. Esta abordagem tira vantagem do esforço empregado em trabalhos determinísticos prévios na predição do comportamento de estruturas de concreto armado. Desta forma, importantes efeitos como a não-linearidade do material podem ser levados em conta prontamente, sem maiores dificuldades computacionais. Devido ao custo computacional requerido pela análise determinística, é feita a escolha da técnica de Amostragem por Importância, reduzindo grandemente a quantidade de simulações, ainda assim com soluções numéricas precisas. São assumidas como variáveis aleatórias básicas as intensidades das cargas permanentes e variáveis, e propriedades do aço e do concreto, tais como a resistência última à compressão do concreto (fc), seu módulo de elasticidade (E) , a tensão de escoamento do aço (fy) e o coeficiente de Poisson (n). O concreto armado é modelado com elementos finitos tridimensionais. O aço é modelado com elementos de placa inseridos nos elementos tridimensionais. A formulação adotada fornece a avaliação do comportamento comum observado no concreto armado, como elasto-viscoplasticidade, fissuração e esmagamento. O modelo de Ottosen de quatro parâmetros é empregado como superfície limite para plastificação e falha. Esta aproximação possibilita a avaliação de simples elementos tais como vigas, ou estruturas mais complexas como vasos de contenção de reatores nucleares. Um modelo visco-elástico baseado na cadeia de Kelvin é empregado para a avaliação do comportamento sob cargas de longa duração. O efeito dos fenômenos de longa duração na confiabilidade global é estudado utilizando-se esta aproximação. As recomendações do CEB-FIP/90 são seguidas.The design criteria of reinforced concrete structures are related to a well established theory. Due to uncertainties present in involved variables, in adopted mathematical model, in structural implementation or in problems of phenomenological character, empirical formulation are also used, ensuring a well known structural performance. In structural design, it is important to know the working safety level. Experimental models may be used to forecast the structural behavior of such structures, but this choice is not always preferable due its high cost and even so, there are not measures of the design safety level. Therefore, the main problem is the need of a quantitative evaluation of the safety margin, leading toward a consistent project, with an homogeneous safety level for the whole structure. A reliability based analysis of reinforced concrete structures is presented in this work. This analysis is performed using the Direct Monte Carlo Simulation Method with the Importance Sampling technique. This approach takes advantage of the effort employed in previous deterministic works in order to predict reinforced concrete structural behavior. In this way, important effects such as material non-linearities, can be taken into account readily, with no computational difficulties. Due to large computational time required by the deterministic analysis, the Importance Sampling technique is used, reducing largely the amount of simulations, but conserving the accuracy of the numerical solutions. It is assumed as basic random variables the intensities of live and death loads, and properties of steel and concrete such as the concrete compression strength (fc), the Young’s mudulus (E), the steel tensile strength (fy) and the Poisson coefficient (n). The reinforced concrete is modeled as a three-dimensional finite element. The steel is modeled with shell elements embodied into the brick elements. The adopted formulation provides the evaluation of common behavior observed in concrete, such as elastoviscoplasticity, cracking and crushing. The Ottosen’s model with four parameters is employed as a strength and yield limit surface. This approach allows the evaluation of simple elements, like beams, or more complex structures such as reactor containment vessels. A visco-elastic model based in Kelvin’s chain is employed for the evaluation of the behavior under long term loads. The effect of long term phenomena in the global reliability are studied using this approach. The CEB-FIP/90 recommendations are followed

Técnicas de avaliação da confiabilidade em estruturas de concreto armado

Neste trabalho é dado ênfase à inclusão das incertezas na avaliação do comportamento estrutural, objetivando uma melhor representação das características do sistema e uma quantificação do significado destas incertezas no projeto. São feitas comparações entre as técnicas clássicas existentes de análise de confiabilidade, tais como FORM, Simulação Direta Monte Carlo (MC) e Simulação Monte Carlo com Amostragem por Importância Adaptativa (MCIS), e os métodos aproximados da Superfície de Resposta( RS) e de Redes Neurais Artificiais(ANN). Quando possível, as comparações são feitas salientando- se as vantagens e inconvenientes do uso de uma ou de outra técnica em problemas com complexidades crescentes. São analisadas desde formulações com funções de estado limite explícitas até formulações implícitas com variabilidade espacial de carregamento e propriedades dos materiais, incluindo campos estocásticos. É tratado, em especial, o problema da análise da confiabilidade de estruturas de concreto armado incluindo o efeito da variabilidade espacial de suas propriedades. Para tanto é proposto um modelo de elementos finitos para a representação do concreto armado que incorpora as principais características observadas neste material. Também foi desenvolvido um modelo para a geração de campos estocásticos multidimensionais não Gaussianos para as propriedades do material e que é independente da malha de elementos finitos, assim como implementadas técnicas para aceleração das avaliações estruturais presentes em qualquer das técnicas empregadas. Para o tratamento da confiabilidade através da técnica da Superfície de Resposta, o algoritmo desenvolvido por Rajashekhar et al (1993) foi implementado. Já para o tratamento através de Redes Neurais Artificias, foram desenvolvidos alguns códigos para a simulação de redes percéptron multicamada e redes com função de base radial e então implementados no algoritmo de avaliação de confiabilidade desenvolvido por Shao et al(1997). Em geral, observou-se que as técnicas de simulação tem desempenho bastante baixo em problemas mais complexos, sobressaindo-se a técnica de primeira ordem FORM e as técnicas aproximadas da Superfície de Resposta e de Redes Neurais Artificiais, embora com precisão prejudicada devido às aproximações presentes.In this work special emphasis is given to uncertainties in the evaluation of the structural behavior, looking for a better representation of the system characteristics and quantification of the significance of these uncertainties in the design. It is confronted some existing classical reliability analysis techniques, such as the First Order Reliability Method (FORM), Direct Monte Carlo Simulation (MC) and Monte Carlo Simulation with Adaptive Importance Sampling (MCIS), and approximated techniques such as Response Surface (RS) and Artificial Neural Networks (ANN). It is highlighted, when possible, the advantages and shortcoming in applying these techniques in problems with increasing complexity. Problems with some explicit and implicit limit state functions formulations with material and load spatial variability, including stochastic fields, are analyzed. The reliability analysis of reinforced concrete structure problems is specially considered taking into account the spatial variability of the material properties. A finite element algorithm is proposed to model its main characteristics. It is developed a multidimensional non-Gaussian stochastic field generation model (independent of the finite element mesh). Some techniques to accelerate the structural evaluation, performed by any of the methods mentioned previously, are also implemented. The reliability analysis by the Response Surface technique is performed with the algorithm implemented by Rajashekhar et al (1993). The reliability analysis is also accomplished with Shao’s et al (1997) algorithm, which is implemented together with computer codes for neural network simulation with multilayer perceptrons and radial basis functions. It was observed that the direct simulation techniques have a low performance in complex problems. FORM, Response Surface and Neural Networks techniques are outstanding techniques, despite the loss of accuracy due to approximations characterizing these methods

Fuzzy logic for structural system control

This paper provides some information and numerical tests that aims to investigate the use of a Fuzzy Controller applied to control systems. Some advantages are reported regarding the use of this controller, such as the characteristic ease of implementation due to its semantic feature in the statement of the control rules. On the other hand, it is also hypothesized that these systems have a lower performance loss when the system to be controlled is nonlinear or has time varying parameters. Numerical tests are performed using modal LQR optimal control and Fuzzy control of non-collocated systems with full state feedback in a twodimensional structure. The paper proposes a way of designing a controller that may be a supervisory Fuzzy controller for a traditional controller or even a fuzzy controller independent from the traditional control, consisting on individual mode controllers. Some comments are drawn regarding the performance of these proposals in a number of arrangement

An efficient anti-optimization approach for uncertainty analysis in composite laminates

This work presents an efficient approach to quantify uncertainties in composite laminates using the interval analysis, anti-optimization technique, and the α-cut procedure. The solutions are compared with the traditional and robust Monte Carlo method in 3 cases scenarios: natural frequencies, buckling, and strength safe factor. For natural frequencies and buckling loads, the presented Interval based methodology showed 2.5% to 4.5% larger error values when compared to the Monte Carlo method using the same number of function calls. This implies a larger uncertain area, and hence, a better solution. For the strength test using Tsai-Wu failure theory, the error values are even greater: 22% to 46%. A violation of the failure limit was detected by the proposed Interval based approach, but not detected by Monte Carlo method. The solutions show that the presented methodology yields a safer and more precise analysis when compared to the traditional Monte Carlo approach

An interval-based algorithm for uncertainty quantification in composite structures

Composite materials have been used extensively in the aeronautical and automotive industries. Despite the improved knowledge about the mechanical and dynamic behavior and modes of failure, it is still not well explained some variability from experimental data obtained for, a priory, and nominally identical specimens. Epistemic and aleatory uncertainties are alleged as the main causes for these discrepancies besides the uncertainties from modeling. Regarding the structural damping of such structures, the phenomena involved are not completely revealed nor modeled. This paper presents an interval-based algorithm for uncertainty quantification in composite structures. The α-cut procedures are used to account for the several levels of uncertainty present in material properties, geometrical imperfections and external loading. Due to the lack of reliable statistical information about such uncertainties, the interval-based approach is used in this study and compared with the robust solution by Monte Carlo simulations

Análise do conforto quanto à vibração em automóveis de passeio

O uso de automóveis vem crescendo atualmente. Então, é de suma importância que esses propiciem bem-estar aos motoristas e passageiros. Este artigo busca determinar o grau de conforto do motorista em relação à vibração transmitida por um veículo, por meio de medições realizadas em quatro automóveis de mesma categoria, disponíveis no mercado brasileiro. A avaliação foi realizada em diferentes condições de tipo de pavimento, velocidade do automóvel e local de medição da vibração. Ainda, para a situação de motoristas profissionais, avalia-se a exposição diária à vibração A (8), para diferentes situações de trabalho, que se compara com os limites de exposição definidos pelas normas vigentes. Segundo a análise de conforto, verifica-se, em uma média geral, que um dos veículos apresentou-se mais confortável que os demais. Em termos da exposição humana à vibração, percebe-se que, para determinadas condições, as vibrações podem ultrapassar os limites de exposição permitidos por norma oficial.The use of automobiles is currently growing. So, it is extremely important that these vehicles propitiate well-being to the drivers and passengers. This article aims to determine the degree of the driver’s comfort in relation to vibration transmitted by a vehicle by measurements performed on four vehicles of same category available in Brazil. The evaluation was performed under different pavement type conditions, vehicle speed and vibration measurement location. Also, for the situation of professional drivers, it is evaluated the daily exposure to vibration A(8) for different work situations, which is compared to the exposure limits defined by current standards. According to comfort analysis, it is verified, in a general average, that one of the vehicles presented more comfortable than others. In terms of human exposure to vibration, it is clear that for certain conditions, vibrations may exceed the exposure limits defined by official standard

Medição e avaliação da exposição humana à vibração transmitida ao sistema mão-braço durante a atividade ciclística

Este artigo apresenta um estudo de medição e avaliação da exposição humana à vibração transmitida ao sistema mão-braço durante a atividade ciclística. Medições de vibração foram realizadas para três diferentes tipos de pavimento, asfalto (AS), placas moldadas “in loco” de concreto (PC) e blocos intertravados de concreto (BI), utilizando-se dois modelos de bicicleta, Speed (S) e Mountain bike (MB), além de ciclistas com diferentes características físicas. Para cada configuração pavimento x bicicleta x ciclista, de acordo com a exposição diária à vibração A(8), como definido pela norma ISO 5349-1, foi realizada uma avaliação para uma duração diária de 2h de exposição à vibração, bem como os tempos necessários para que os limites de exposição definidos pela Diretiva 2002/44/EC fossem atingidos. Por meio de uma análise subjetiva, também se avaliou o grau de conforto em cada tipo de pavimento quanto à exposição e à vibração, de acordo com uma pesquisa de opinião, realizada com os ciclistas. Ao final, os resultados são comparados e verifica-se, tanto pelos resultados objetivos, quanto pela avaliação subjetiva, que o tipo de pavimento mais adequado para a atividade ciclística é o asfalto (AS), seguido pelas placas moldadas “in loco” de concreto (PC) e dos blocos intertravados de concreto (BI).This article presents a study of measurement and evaluation of human exposure to handarm vibration in cycling activity. Vibration measurements were performed for three pavement types, asphalt (AS), “in loco” concrete molded plates (PC) and concrete interlocking pavers (BI), using two bicycle models, Speed (S) and Mountain bike (MB), besides the cyclists with different physical features. For each pavement type x bicycle model x cyclist configuration, according to the daily vibration exposure A(8), as defined by ISO 5349-1 standard, it was done an evaluation for 2-daily hour exposure to vibration, as well as the necessary time to achieve the limited exposure defined by the Directive 2002/44/EC. By a subjective analysis, it was also evaluated the comfort degree on each pavement type, considering exposure and vibration, according to a survey carried out with the cyclists. In the end, the results are compared and it is verified, either from the objective results or from the subjective evaluation, that the most appropriate pavement type for cycling activity is the asphalt (AS), followed by the “in loco” concrete molded plates (PC) and by concrete interlocking pavers (BI)

Análise do conforto quanto à vibração em automóveis de passeio

O uso de automóveis vem crescendo atualmente. Então, é de suma importância que esses propiciem bem-estar aos motoristas e passageiros. Este artigo busca determinar o grau de conforto do motorista em relação à vibração transmitida por um veículo, por meio de medições realizadas em quatro automóveis de mesma categoria, disponíveis no mercado brasileiro. A avaliação foi realizada em diferentes condições de tipo de pavimento, velocidade do automóvel e local de medição da vibração. Ainda, para a situação de motoristas profissionais, avalia-se a exposição diária à vibração A (8), para diferentes situações de trabalho, que se compara com os limites de exposição definidos pelas normas vigentes. Segundo a análise de conforto, verifica-se, em uma média geral, que um dos veículos apresentou-se mais confortável que os demais. Em termos da exposição humana à vibração, percebe-se que, para determinadas condições, as vibrações podem ultrapassar os limites de exposição permitidos por norma oficial.The use of automobiles is currently growing. So, it is extremely important that these vehicles propitiate well-being to the drivers and passengers. This article aims to determine the degree of the driver’s comfort in relation to vibration transmitted by a vehicle by measurements performed on four vehicles of same category available in Brazil. The evaluation was performed under different pavement type conditions, vehicle speed and vibration measurement location. Also, for the situation of professional drivers, it is evaluated the daily exposure to vibration A(8) for different work situations, which is compared to the exposure limits defined by current standards. According to comfort analysis, it is verified, in a general average, that one of the vehicles presented more comfortable than others. In terms of human exposure to vibration, it is clear that for certain conditions, vibrations may exceed the exposure limits defined by official standard