Dissertações/Teses

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2024
Dissertações
1
  • Sarah Gomes da Silva Paes da Costa
  • Teoria da informação aplicada à simulação numérica de plasmas de tokamaks na transição do baixo para o alto confinamento.
  • Orientador : RODRIGO ANDRES MIRANDA CERDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RODRIGO ANDRES MIRANDA CERDA
  • GABRIELA CUNHA POSSA
  • RONNI GERALDO GOMES DE AMORIM
  • IBERE LUIZ CALDAS
  • Data: 05/01/2024

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  • A turbulência exerce influência significativa sobre o transporte radial na região de borda dos plasmas no interior de tokamak, um fator crítico no confinamento magnético para experimentos de fusão. Apesar do seu impacto substancial, a compreensão da turbulência neste contexto permanece limitada. Estruturas coerentes são fundamentais no domínio do transporte turbulento dentro de plasmas de fusão. A entropia e a complexidade, derivadas da teoria da informação, servem como uma ferramenta valiosa para quantificar o nível de ordem ou desordem em plasmas turbulentos. Notavelmente, essas estruturas coerentes contribuem para a observação de baixos valores de entropia espectral em dados obtidos de plasmas espaciais e simulações numéricas de turbulência magnetohidrodinâmica.

    Nesta análise, nos concentramos em simulações numéricas bidimensionais das equações modificadas de Hasegawa-Wakatani, que fornecem um modelo não linear simplificado para turbulência de ondas de deriva resistivas eletrostáticas em plasmas, construímos um diagrama de bifurcação que ilustra a transição de um regime turbulento para um dominado por fluxos zonais, suprimindo efetivamente a turbulência. Para avaliar o nível de ordem ou desordem espacial durante esta transição, calculamos o índice de complexidade-entropia de Jensen-Shannon da velocidade, derivado do potencial eletrostático. Este índice usa a potência normalizada dos coeficientes de shearlet como distribuição de probabilidade. As nossas descobertas revelam que o regime turbulento apresenta um maior grau de entropia e um menor grau de complexidade, contrastando com o regime dominado por fluxos zonais caracterizados por valores de entropia mais baixos e um maior grau de complexidade. Esses resultados têm potencial para avançar nossa compreensão de processos não lineares na turbulência de ondas de deriva em plasmas de fusão.


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  • Turbulence exerts significant influence over radial transport in the edge region of tokamak plasmas, and is a critical factor in magnetic confinement for fusion experiments. Despite its substantial impact, our understanding of turbulence in this context remains limited. Coherent structures are fundamental in the realm of turbulent transport within fusion plasmas. Entropy and complexity, derived from information theory, serves as a valuable tool to quantify the level of order or disorder in turbulent plasmas. Notably, these coherent structures contribute to the observation of low spectral entropy values in data obtained from space plasmas and numerical simulations of magnetohydrodynamic turbulence.

    In this analysis, we focus on two-dimensional numerical simulations of the modified Hasegawa-Wakatani equations, which provide a simplified nonlinear model for electrostatic resistive drift-wave turbulence in plasmas. We construct a bifurcation diagram illustrating the transition from a turbulent regime to one dominated by zonal flows, effectively suppressing turbulence. The degree of spatial order or disorder during this transition is obtained by computing the Jensen-Shannon complexity-entropy index of the velocity, derived from the electrostatic potential. This index uses the normalized power of shearlet coefficients as a probability distribution. Our findings reveal that the turbulent regime exhibits a higher degree of entropy and a lower degree of complexity, contrasting with the regime dominated by zonal flows characterized by lower entropy values and a higher degree of complexity. These results hold the potential to advance our understanding of nonlinear processes within drift-wave turbulence in fusion plasmas.

2
  • Simelia dos Santos
  • Avaliação de Métodos Multiaxiais e Clássicos na Previsão de Vida à Fadiga: Estudos em Ligas AISI/SAE 4130 e Al 2024-T3

  • Orientador : JORGE LUIZ DE ALMEIDA FERREIRA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JORGE LUIZ DE ALMEIDA FERREIRA
  • DANIEL MONTEIRO ROSA
  • EDER LIMA DE ALBUQUERQUE
  • MARCUS VINICIUS COSTA SA
  • Data: 12/03/2024

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  • O presente trabalho tem como objetivo realizar a comparação da previsão de vida à fadiga sob efeito da tensão média das ligas de aço SAE 4130 e do alumínio Al 2024-T3, utilizando modelos multiaxiais e clássicos, abordando modelos de planos críticos. Para isso foram implementadas as rotinas do método com auxílio do software MATLAB de forma direta, para o processo de determinação do plano crítico, incluindo o carregamento com e fora de fase, varredura de como as tensões normal e cisalhante variam no plano, definição e armazenamento da evolução máxima das tensões em cada plano de corte e cálculo das previsões de vida. O método consiste em prever a vida em fadiga e a orientação dos planos de falhas através da máxima amplitude tensão normal e cisalhante. A fim de avaliar o método foram estimados os planos críticos dos modelos multiaixias, subsequente a calibração das constantes das Curvas de Wöhler Modificadas, e as calibrações dos modelos tradicioanais de Walker e Kwofie. Foram realizadas as previsões de vida da liga de aço SAE 4130 e a liga de Al 2024-T3 considerando os testes experimentais disponíveis na literatura para diferentes razões de carregamento sob efeito de tensão de tração com diferentes razões de tensão. A validação dos modelos de previsão de vida, considerando modelos multiaxiais e uniaxiais, foi realizada através da comparação analítica entre as vidas estimadas com as vidas experimentais. Os resultados foram avaliados por meio da performace do índice de erro e banda de confiança de  3 vidas, permitindo uma análise da proximidade entre as vidas previstas e as vidas experimentais. Analisando os resultados obtidos das previsões de vida baseando-nos nos resultados apresentados, não parece haver um modelo único de previsão de vida à fadiga que seja supremo tanto para o aço SAE 4130 quanto para a liga de alumínio Al 2024-T3. Entretanto, observa-se que os modelos de Walker e de Kwofie se destacam como boas opções, oferecendo previsões razoavelmente satisfatórias para ambos os materiais.


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  • The present work aims to compare fatigue life prediction under the influence of mean stress for SAE 4130 steel and Al 2024-T3 aluminum alloys, using both multiaxial and classical models, including critical plane models. For this purpose, the routines of the method were implemented using MATLAB software directly, for determining the critical plane, including in-phase and outof-phase loading, scanning how normal and shear stresses vary on the plane, defining and storing the maximum stress evolution on each cutting plane, and calculating life predictions. The method consists of predicting fatigue life and failure plane orientations through maximum normal and shear stress amplitudes. To evaluate the method, critical planes of multiaxial models were estimated, followed by the calibration of Modified Wöhler Curve constants, and calibrations of traditional Walker and Kwofie models. Life predictions were made for SAE 4130 steel and Al 2024-T3 alloy considering experimental tests available in the literature for different loading ratios under tensile stress with different stress ratios. The validation of life prediction models, considering both multiaxial and uniaxial models, was carried out through analytical comparison between estimated and experimental lives. The results were evaluated through the performance of the error index and a confidence band of  3 lives, allowing an analysis of the proximity between predicted and experimental lives. Analyzing the results obtained from life predictions based on the presented results, there does not seem to be a single fatigue life prediction model that is superior for both SAE 4130 steel and Al 2024-T3 aluminum alloy. However, it is observed that the Walker and Kwofie models stand out as good options, offering reasonably satisfactory predictions for both materials

2023
Dissertações
1
  • Larissa Saboia da Rocha
  • AVALIAÇÃO DA EXPOSIÇÃO AO RUÍDO OCUPACIONAL E DA PERDA AUDITIVA EM MOTORISTAS DE ÔNIBUS URBANO DO DISTRITO FEDERAL

  • Orientador : MARIA ALZIRA DE ARAUJO NUNES
  • MEMBROS DA BANCA :
  • MARIA ALZIRA DE ARAUJO NUNES
  • MARCUS VINICIUS GIRAO DE MORAIS
  • VANESSA RESENDE NOGUEIRA CRUVINEL
  • ERASMO FELIPE VERGARA MIRANDA
  • Data: 27/03/2023

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  • Resumo: Motoristas de ônibus urbanos estão expostos ao ruído durante o exercício de sua profissão. Quando em níveis elevados, a exposição ocupacional ao ruído pode estar a associada à escuta de zumbidos, dificuldade de comunicação e perda auditiva. O objetivo do presente estudo foi mensurar os níveis de exposição ao qual motoristas de ônibus urbanos do Distrito Federal estão submetidos durante sua jornada laboral, bem como investigar a prevalência da Perda Auditiva por Níveis Elevados de Pressão Sonora Elevados (PAINPSE). A amostra foi composta de 500 condutores de transporte coletivo com média de idade de 46 anos e tempo de profissão predominantemente superior à 15 anos. Foi aplicada anamnese com questionamentos acerca dos hábitos de vida e laborais, mesurados os níveis de pressão sonora com a utilização de sonômetro modelo SC101 do fabricante CESVA e coletados os dados da última audiometria sequencial realizada pelos trabalhadores. A dificuldade de se comunicar no interior dos veículos foi relatada por 20,40% dos condutores profissionais e a escuta de zumbidos ao fim do expediente, em 28,40%. Observou- se 39,80% dos motoristas com exames sugestivos de PAINPSE, sendo 60,80% dos casos bilaterais e 39,20%, unilaterais. 72,86% das audiometrias comprometidas pertenciam a indivíduos com mais de 15 anos de tempo de profissão e notou-se a progressão da quantidade de exames com sugestão de PAINPSE quanto maior à idade do condutor. Os níveis de pressão sonora não se mostraram superiores ao limite de exposição e ao nível de ação previsto na Norma de Higiene Ocupacional 01.


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  • Urban bus drivers are exposed to noise during the work. When at high levels, occupational exposure to noise may be associated with hearing tinnitus, communication difficulties and hearing loss. The aim of the present study was to measure the levels of exposure to which urban bus drivers in the Federal District are subjected during their working hours, as well as to investigate the prevalence of noise induced hearing loss (NIHL).The sample consisted of 500 public transport drivers with a mean age of 46 years and working time predominantly over 15 years. Anamnesis was applied with questions about life and work habits, sound pressure levels were measured using a CESVA model SC101 sound level meter, and data from the last sequential audiometry performed by the workers was collected. Difficulty communicating inside vehicles was reported by 20.40% of professional drivers and hearing buzzing noises at the end of working hours by 28.40%. There were 39.80% of drivers with tests suggestive of NIHL, with 60.80% of bilateral cases and 39.20% unilateral. 72.86% of the compromised audiometries belonged to individuals with more than 15 years of experience in the profession and there was a progression in the number of exams with NIHL suggestion the greater the age of the driver. The sound pressure levels were not higher than the exposure limit and the level of action provided for in Occupational Hygiene Standard 01.

2
  • AMANDA ARYDA SILVA RODRIGUES DE SOUSA
  • Monitoramento Da Integridade Estrutural de Vigas Utilizando Técnicas de Aprendizado De Máquina


  • Orientador : MARCELA RODRIGUES MACHADO
  • MEMBROS DA BANCA :
  • AMERICO BARBOSA DA CUNHA JUNIOR
  • FRANCISCO EVANGELISTA JUNIOR
  • MARCELA RODRIGUES MACHADO
  • MARCUS VINICIUS GIRAO DE MORAIS
  • Data: 27/03/2023

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  • Danos estruturais induzem mudanças na flexibilidade local do sistema que podem gerar deslocamentos e vibrações indesejáveis. A análise estatística do recurso dinâmico da estrutura permite discriminar a condição estrutural atual e prever sua vida útil por períodos curtos ou longos. Sob condições não danificadas e danificadas, dois índices de danos construíram o conjunto de dados da frequência natural da viga e da função de resposta de frequência. Como uma trinca influência diretamente a vibração do sistema, o DI pode detectar danos e quantificar sua severidade. Além de avaliar experimentalmente uma viga em balanço reforçada com massa. Neste artigo, o monitoramento estrutural de vigas em balanço e realizado por algoritmos de aprendizado de máquina (ML), como k-vizinhos mais próximos (kNN), Máquina de Vetor de Suporte (SVM), Árvore de Decisão (DT), Floresta Aleatória (RF) e Naıve Bayes (NB). Os desafios do uso dessas técnicas, desempenho e implementação de cada método são discutidos. Os resultados numéricos demonstram que o algoritmo ML usando DI calculado a partir de FRF (FRAC DI) classificou melhor o conjunto de dados em comparação com a frequência natural DI. Além de exibir o desempenho das cinco técnicas de ML na classificação e na indicação da integridade da viga. A precisão dos algoritmos de ML e considerada rápida, precisa e eficiente no problema de detecção e estimativa de fissuras em estruturas de vigas, para dados de simulação numérica.  Quando se trata de dados experimentais os algoritmos baixaram a acurácia porém manteve um bom nível de robustez.


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  • Structural damage can cause changes in a system's local flexibility, resulting in unwanted displacements and vibrations. Statistical analysis of dynamic structural features enables us to differentiate between the current structural condition and predict its lifespan for short or extended periods. Two damage indexes are used to build a dataset from the beam's natural frequency and frequency response function under both undamaged and damaged conditions. As a crack can directly impact system vibration, the DI can detect damage and measure its severity. In this work, we use machine learning (ML) algorithms, such as k-nearest neighbors (kNN), Support Vector Machine (SVM), Decision Tree (DT), Random Forest (RF), and Naïve Bayes (NB), to monitor the structural integrity of a cantilevered beam reinforced with mass. We discuss the challenges associated with using, performing, and implementing each method. Numerical results demonstrate that the ML algorithm using DI calculated from FRF (FRAC DI) better classifies the dataset than the DI natural frequency. We also showcase the performance of the five ML techniques in classifying the beam's integrity indication. The ML algorithms' accuracy is considered to be fast, precise, and efficient in detecting and estimating cracks in beam structures for numerical simulation data. However, when it comes to experimental data, the algorithms are less accurate but with a good level of robustness.

3
  • DAVI MATIAS DUTRA DA SILVA
  • ESTUDO COMPARATIVO DE ALGORITMOS DE OTIMIZAÇÃO PARA IDENTIFICAÇÃO DE PARÂMETROS DO MODELO SIGMOIDE EM AMORTECEDORES MR

  • Orientador : SUZANA MOREIRA AVILA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • SUZANA MOREIRA AVILA
  • POLLIANA CANDIDA OLIVEIRA MARTINS
  • ANDRÉ MURILO DE ALMEIDA PINTO
  • ALDEMIR APARECIDO CAVALLINI JUNIOR
  • Data: 23/06/2023

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  • Este trabalho tem como foco a identificação de parâmetros de um amortecedor magneto-reológico (MR) comercial. O comportamento não linear do amortecedor MR foi modelado utilizando o modelo parametrizado sigmoid proposto por Wang, baseado no comportamento dinâmico experimental de um amortecedor MR utilizando técnicas de ajuste para funções senoidais simétricas e não simétricas. Dois métodos de otimização foram utilizados como algoritmos de minimização são eles: método de busca simplex de Nelder-Mead (fminsearch) e a evolução diferencial. O desempenho dos métodos de otimização foi comparado. A dependência da frequência de excitação, do deslocamento do pistão, da corrente aplicada na bobina do amortecedor e a temperatura de operação do amortecedor MR também foram avaliadas. A validação do modelo paramétrico foi alcançada comparando-se os resultados experimentais com os valores simulados. Os resultados mostraram que a metodologia proposta é eficaz na identificação de parâmetros do amortecedor MR e pode ser utilizada para aprimorar o desempenho do sistema de suspensão semiativa.


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  • This study focuses on the parameter identification of a commercial magnetorheological (MR) damper. The nonlinear behavior of the MR damper was modeled using the numerically parameterized sigmoid model proposed by Wang, which utilized experimental dynamic behavior of a commercial MR damper and applies a method to fit symmetric and asymmetric sigmoid functions using experimental data. Two optimization methods, namely the Nelder-Mead simplex search method (fminsearch) and the differential evolution (DE), were proposed as minimization algorithms. The performance of the optimization methods was compared. The dependency of frequency excitation, piston displacement, current applied in the coil and the operating temperature of the MR damper were also evaluated. The validation of the model parameter was achieved by comparing experimental results with predicted values. The results show that the proposed methodology is effective in identifying the parameter of the MR damper and can be used to improve the performance of the suspension system.

4
  • José Leandro Cardoso Rivera Vila
  • LOCALIZAÇÃO DE DANO EM ESTRUTURAS DO TIPO VIGA COM BASE EM ONDALETAS DISCRETAS

  • Orientador : JHON NERO VAZ GOULART
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JHON NERO VAZ GOULART
  • MARIA ALZIRA DE ARAUJO NUNES
  • SUZANA MOREIRA AVILA
  • GUILHERME FERREIRA GOMES
  • Data: 31/10/2023

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  • A pesquisa investiga a detecção de dano usando a Transformada Discreta de Wavelet (DWT) como método de análise. Além disso, a influência das condições de contorno, dos tipos Wavelet e do ponto de aplicação da carga também foram investigados no que diz respeito à eficácia do método. Regimes estáticos de dinâmicos foram analisados. O objetivo é definir, através dos coeficientes de wavelet, um método capaz de detectar, localizar e quantificar o dano. O tratamento dos dados da DWT é realizado sobre os dados de deslocamento obtidos em vigas submetidas a cargas estáticas transversais aplicadas em pontos selecionados ao longo de seu comprimento. A análise Modal é feita com base nos cinco primeiros modos de vibração da estrutura. Três tipos de suportes de viga são investigados: bi-apoiada, cantilever e bi-engastada. Para cada uma a aplicação da carga foi feita para variar ao longo da viga. Como a localização da região provável do dano é o objetivo principal, entender como a localização do dano é impactada pelas condições de contorno de cada caso é primordial para garantir a confiabilidade do método. Além disso, a influência do uso de uma função de baseline para comparação, nível de decomposição, tipo de wavelet e severidade do dano e ordem polinomial também foram estudados. O dano simulado é aplicado à estrutura através da redução local do módulo de elasticidade de um ou mais elementos. O método então trata os dados de deslocamento ou modo de vibração e revela a região provável com dano com boa precisão. Dois indicadores de detecção de dano foram desenvolvidos: d1 -index para localização; d2 -index para quantificação. Os resultados mostram grande potencial para a metodologia proposta com base em DWT para identificação, localização e quantificação. A abordagem apresentou concordância entre os índices de localização, enquanto para a quantificação, é notado que as curvas de previsão de severidade do dano foram identificadas muito similares independentemente do tipo de suporte da viga


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  • This research investigates damage detection using Discrete Wavelet Transform (DWT) as method of analysis. In addition, the influence of boundary conditions, such as the Wavelet mother type and decomposition level, and many others, were also investigated regarding the efficacy of the method. Static and dynamic regimes were considered. The objective is to define, through the wavelet coefficients, a method able to detect, localize and quantify damage. For Static analysis, Discrete Wavelet Transform (DWT) data treatment is made onto displacement data obtained in beams submitted to transverse static loads applied at selected points over its length. Modal analysis is performed onto the first five levels of vibration modes of the structures. Three beam supports are investigated: simply supported, cantilever, and double-clamped. For each one, diverse parameters of influence were analyzed. As the localization of probable region of the damage and the quantification of this damage are the main goal, understanding how damage localization is impacted by the boundary conditions of each case is crucial to ensure the reliability of the method. Additionally, the influence of a baseline function for comparison, decomposition level, wavelet mother type, damage severity and the polynomial order were also studied. Damage was simulated through a local reduction of the elasticity module of one or more elements. The method then treats the displacement or modal data and reveals the probable region with damage with good precision. Two statistical damage indicators were developed: d1 - index for damage localization; d2 -index for damage quantification. Results show good potential for the proposed DWT-based for both damage localization and quantification indexes. The approach has shown great concordance between many indexes of damage localization, but at the same time a limitation of the method for damage near the edges of a beam. Also, for damage quantification, must be noticed that the damage severity prediction curves were found to be very similar, regardless the type of its supports.

5
  • Jalusa Maria da Silva Ferrari
  • Numerical Technique Applied to Damage Identification in Bolted Structures using Time-Domain Dynamic Responses

  • Orientador : JHON NERO VAZ GOULART
  • MEMBROS DA BANCA :
  • JHON NERO VAZ GOULART
  • MARIA ALZIRA DE ARAUJO NUNES
  • SUZANA MOREIRA AVILA
  • LIÉRCIO ANDRÉ ISOLDI
  • Data: 10/11/2023

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  • Em diversos campos da engenharia, a necessidade de identificar e monitorar danos em estruturas complexas e de difícil acesso ainda apresenta um grande desafio para as técnicas não destrutivas de monitoramento existentes. Os métodos baseados em Structural Health Monitoring (SHM) demonstram o potencial de identificar e monitorar danos em estruturas através de um sistema on-board de comparação imediata com uma base de dados existentes. Nesse sentido, o presente trabalho propõe um estudo numérico usando método de predição de dano SHM com a solução do problema inverso. A estrutura de estudo foi uma viga engastada com condições de contorno elásticas modelada através de um modelo de baixa ordem de fidelidade. Usando elementos finitos, uma junta aparafusada com 4 parafusos NAS6208-16 foi modelada no Ansys Parametric Design Language (APDL) usando o elemento COMBIN14 a partir de 6 rigidezes, onde 3 rigidezes são de torção e 3 são de flexão. Uma análise de convergência foi realizada, resultando na avaliação da modelagem do problema com condições elásticas e em uma discretização de 20 elementos usando funções de interpolação quadrática entre os nós. Os danos da viga foram definidos através de uma perda de torque de aperto nos parafusos variando de 5% a 50%, resultando em uma perda de rigidez na conexão da viga. Foi proposto um índice-R capaz de avaliar os resultados com base na aceleração na direção vertical e normalizado em relação ao sinal de aceleração máxima coletada. Simulações transientes usando superposição modal foram realizadas para avaliar a robustez do índice-R. Como primeiro resultado, observou-se que o índice-R selecionado é robusto em relação à mudança na posição de aplicação da força e na quantidade e distribuição de nós para leitura de dados. Foi possível aproximar os resultados através de uma única curva quadrática, a partir das médias obtidas do índice-R. Foram traçadas curvas de limite de confiança de 95\% a partir dos valores médios, possibilitando uma tentativa na solução do problema inverso. Com a adição de ruído de 1% a 5% nos dados obtidos de aceleração vertical, a detecção de perda de torque em baixos níveis foi prejudicada. Apesar disso, através da análise do intervalo de confiança, o método ainda se mostrou capaz de identificar satisfatoriamente perdas de torque acima de 25%, principalmente quando foi considerado o uso da média dos valores obtidos nos sensores para o cálculo do índice-R.


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  • In several engineering fields, the need to identify and monitor damage in complex and difficult-to-access structures still presents a major challenge for existing non-destructive monitoring techniques. Methods based on Structural Health Monitoring (SHM) demonstrate the potential to identify and monitor damage to structures through an on-board system for immediate comparison with an existing database. In this sense, the present work proposes a numerical study using the SHM damage prediction method with the solution of the inverse problem. The study structure was a fixed beam with elastic boundary conditions modeled using a low-order fidelity model. Using finite elements, a bolted joint with 4 NAS6208-16 bolts was modeled in Ansys Parametric Design Language (APDL) using the COMBIN14 element from 6 stiffnesses, where 3 stiffnesses are torsional and 3 are flexural. A convergence analysis was performed, resulting in the evaluation of the modeling of the problem with elastic conditions and discretization of 20 elements using quadratic interpolation functions between the nodes. Beam damage was defined as a loss of tightening torque on the bolts ranging from 5\% to 50%, resulting in a loss of stiffness in the beam connection. An R-index capable of evaluating results based on acceleration in the vertical direction and normalized with the maximum acceleration signal collected was proposed. Transient simulations using modal superposition were performed to evaluate the robustness of the R-index. As a first result, it was observed that the selected R-index is robust about changes in the force application position and in the number and distribution of nodes for data reading. It was possible to approximate the results through a single quadratic curve, based on the averages obtained from the R-index. 95% confidence limit curves were drawn from the average values, enabling an attempt to solve the inverse problem. With the addition of noise of 1% to 5% in the vertical acceleration data obtained, the detection of torque loss at low levels was impaired. Despite this, through the analysis of the confidence interval, the method was still capable of satisfactorily identifying torque losses above 25%, especially when the use of the average of the values obtained from the sensors was considered to calculate the R-index.

6
  • Ana Luiza Piragibe Freire
  • PAPEL DOS VÓRTICES LAGRANGIANOS COMO BARREIRAS DE TRANSPORTE DE MATERIAIS EM UM MODELO DE PLASMAS TOKAMAK

  • Orientador : RODRIGO ANDRES MIRANDA CERDA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • RODRIGO ANDRES MIRANDA CERDA
  • POLLIANA CANDIDA OLIVEIRA MARTINS
  • ERICO LUIZ REMPEL
  • JUAN PABLO DE LIMA COSTA SALAZAR
  • Data: 18/12/2023

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  • No plasma de fusão, simulações numéricas são comumente utilizadas para investigar as propriedades de confinamento do plasma na região de borda dos tokamaks. As equações modificadas de Hasegawa-Wakatani (MHW) são usadas para modelar o comportamento do plasma, o que nos permite entender o transporte radial em simulações numéricas bidimensionais de turbulência de ondas de deriva resistivas eletrostáticas. Ao utilizar as equações de MHW, obtivemos melhor entendimento sobre as transições de confinamento baixo-para-alto (L-H) que ocorrem espontaneamente no plasma quando o mesmo passa de um estágio de baixo confinamento, caracterizado por fluxo turbulento, para um regime que suprime a turbulência conhecido como fluxo zonal. Para investigar essas transições, variamos o valor de um parâmetro de controle α, que está relacionado a` adiabaticidade, em simulações numéricas, e observamos a transição entre os dois regimes. Este modelo simplificado de transições L-H pode fornecer informações valiosas para tokamaks. As propriedades de mistura caótica do fluxo são caracterizadas por meio de estruturas coerentes Lagrangeanas (LCS). Primeiro, calculamos o expoente de Lyapunov de tempo finito (FTLE) do campo de velocidade calculado derivado do potencial eletrostático para melhor caracterizar a mistura caótica dos regimes de fluxo turbulento e zonal. Em seguida, comparamos as estatísticas da mistura caótica dos dois regimes utilizando funções de distribuição de probabilidade (PDFs). Por fim, identificamos os vórtices Lagrangeanos utilizando a teoria geodésica para aprofundar a nossa compreensão da mistura caótica dos dois regimes, implementando também o cálculo da energia cinética para os vórtices e domínio total. Estes resultados podem contribuir para a compreensão dos processos de transporte turbulento em plasmas de fusão por confinamento magnético.


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  • In fusion plasma, numerical simulations are commonly employed to investigate the confinement properties of plasma in the bulk region of tokamaks. The modified Hasegawa-Wakatani (MHW) equations are used to model the behavior of plasma, which enables us to understand the radial transport in two-dimensional numerical simulations of electrostatic resistive drift-wave turbulence. By utilizing the MHW equations, we have gained insights into the low-to-high confinement (L-H) transitions that occur spontaneously in the plasma when it moves from a low confinement stage, characterized by turbulent flow, to a turbulence-suppressed regime known as zonal flow. To investigate these transitions, we vary the value of a control parameter α, which is related to adiabaticity, in numerical simulations, and observe the transition between the two regimes. This simplified model of L-H transitions can provide valuable information for tokamaks. The chaotic mixing properties of the flow are characterized by means of Lagrangian coherent structures (LCS). First, we compute the finite -time Lyapunov exponent (FTLE) of the calculated velocity field derived from the electrostatic potential to better characterize the chaotic mixing of the turbulent and zonal flow regimes. Then, we compare the statistics of the chaotic mixing of the two regimes using probability distribution functions (PDFs). Lastly, we identify the Lagrangian vortices using geodesic theory to further our understanding of the chaotic mixing of the two regimes, by also implementing the calculation of the kinetic energy for the vortices and total domain. These results can contribute to the understanding of turbulent transport processes in magnetic confinement fusion plasmas.

2022
Dissertações
1
  • Pedro Henrique de Queiroz Rocha
  • CONTROLE DE VIBRAÇÃO DE UMA TORRE EÓLICA UTILIZANDO AMORTECEDOR DE MASSA HÍBRIDO

  • Orientador : SUZANA MOREIRA AVILA
  • MEMBROS DA BANCA :
  • CARLA TATIANA MOTA ANFLOR
  • MARCUS VINICIUS GIRAO DE MORAIS
  • SUZANA MOREIRA AVILA
  • ZENÓN JOSÉ GUZMÁN NÚÑEZ DEL PRADO
  • Data: 22/07/2022

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  • O aumento do consumo de energia acarreta numa acelerada expansão da matriz de geração de energia mundial com variadas fontes de energia, dentre elas as fontes renováveis apresentam, cada vez mais, destaque e incentivos. A energia é eólica é uma das fontes que vem ganhando cada vez mais holofotes no hall das geradoras, o que consequentemente, traz mais estudos sobre a integridade estrutural das torres eólicas que podem ocasionar níveis de vibrações indesejáveis que podem comprometer a segurança e integridade da estrutura. Neste trabalho é proposta a aplicação de um sistema de controle estrutural, na forma de amortecedor de massa híbrido (AMH), instalado em uma torre eólica, submetida a cargas sísmicas e de vento. Dois modelos são analisados: considerando-se ou não o efeito de flapwise nas pás. Além disso, propõe-se comparar a resposta do sistema para diversas situações: sistema sem controle, controle passivo, controle ativo e controladores híbridos (Controle Ótimo Instantâneo (IOC), Proporcional Integral Derivativo (PID) e Ótimo Clássico (LQR)). As simulações numérico-computacionais foram realizadas utilizando os programas MAPLESOFT, MATLAB com toolbox Simulink. Os resultados obtidos numericamente foram analisados e comparados entre si, e observou-se que o IOC foi eficiente na redução da resposta dinâmica da torre. Embora os resultados do presente trabalho sejam baseados em modelos simplificados com resultados ainda preliminares, podem vir a se tornar uma base para estudos mais avançados em modelos sofisticados e aplicações em escala real.


  • Mostrar Abstract
  • The increase in energy consumption leads to a great expansion of the world energy generation with various energy sources, among them renewable sources are increasingly highlighted. Wind energy is one of the sources that has been gaining more and more spotlight in the hall of generators, which consequently brings more studies on the structural reliability of wind towers that can cause undesirable levels of vibrations that can compromise the safety and reliability of the structure. This work proposes the application of a structural control system, in a way of an hybrid mass damper (HMD), installed in a wind tower, subjected to seismic and wind loads. Two models are analyzed: considering or not the flapwise effect on the blades. Furthermore, it is proposed to compare the system response for different situations: system without control, passive control, active control and hybrid controllers (Instantaneous Optimal Control (IOC), Proportional Integral Derivative (PID) and Classic Optimum (LQR)). Numerical-computational simulations were performed using the software MAPLESOFT, MATLAB with toolbox Simulink. The numerical results obtained were analyzed and compared with each other, and it was observed that the IOC was the better in reducing the dynamic response of the tower. Although the results of this work are based on simplified models with preliminary results, they may become a basis for more advanced studies in sophisticated models and full-scale applications.

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