EE- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Oceânica
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- ItemSimulação numérica e método design construtal aplicados à análise geométrica de placas retangulares enrijecidas submetidas a carregamento transversal uniforme(2019) Pinto, Vinícius Torres; Isoldi, Liércio André; Santos, Elizaldo Domingues dosPlacas são componentes estruturais aplicáveis em diversas estruturas de engenharia. Em estruturas navais, tais como, navios e plataformas petrolíferas, as placas são responsáveis por compor grande parte do conjunto estrutural. Para aumentar a rigidez, usualmente são inseridos reforços chamados de enrijecedores, dispostos normalmente nos sentidos longitudinal e/ou transversal das placas. Neste estudo aplicou-se o método Design Construtal para analisar o comportamento mecânico de placas enrijecidas sujeitas a carregamento transversal uniforme quanto às deflexões, através de modelos computacionais desenvolvidos no software ANSYS®, que possui como base o Método dos Elementos Finitos. A análise foi dividida em dois estudos de caso. O primeiro destinou-se a investigar a influência causada pela orientação dos enrijecedores ao comportamento mecânico das placas. Para tal, partindo de uma placa de referência não enrijecida e mantendo o volume total de material constante, parcelas de volume de material da mesma foram removidas da espessura e transformadas em enrijecedores retangulares através da fração volumétrica φ, que relaciona o volume de material dos enrijecedores com volume de material da placa de referência, para valores de φ = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 e 0,5. Para cada valor de φ foram configurados 25 arranjos de placas enrijecidas com diferentes números de enrijecedores retangulares orientados em 0° e 45°. Ainda, em cada arranjo avaliou-se a influência da variação do grau de liberdade dado pela razão entre altura e espessura dos enrijecedores hs /ts . O segundo estudo de caso avaliou a influência de enrijecedores trapezoidais. Para isso, duas etapas foram apresentadas. A primeira destinou-se a descobrir qual seria a melhor razão entre as bases dos enrijecedores trapezoidais orientados em 0°, adotando uma placa com φ = 0,3 e três enrijecedores nas direções longitudinal e transversal. Com base na primeira etapa, a segunda etapa consistiu na análise de 25 arranjos de placas com diferentes números de enrijecedores trapezoidais (orientados em 0°) nas direções longitudinal e transversal, e assim, avaliou-se a influência quanto às deflexões. Os resultados mostraram que em grande parte dos arranjos de placas com enrijecedores retangulares, orientá-los em 45° é mais vantajoso para a redução das deflexões, quando comparados com enrijecedores retangulares orientados em 0°, principalmente para valores de φ ≤ 0,3, podendo alcançar reduções nas deflexões centrais e máximas maiores do que 60%. Em relação aos arranjos de placas com enrijecedores trapezoidais, estes mostraram-se mais eficientes do que os enrijecedores retangulares orientados em 0° podendo alcançar reduções de até 30% nas deflexões centrais e máximas. Porém em comparação com os enrijecedores orientados em 45° os enrijecedores trapezoidais apresentaram vantagem em apenas alguns casos.
- ItemEstudo numérico aplicado à melhoria do comportamento mecânico de placas finas de aço com enrijecedores submetidas à flexão(2017) Ramos, Alexandro Pereira; Isoldi, Liércio André; Real, Mauro de VasconcellosPlacas finas de aço são elementos estruturais amplamente empregados em engenharia e especialmente em estruturas navais e offshore. Isso se deve ao fato de que estes componentes são capazes de resistir mecanicamente aos esforços que são submetidos possuindo um peso relativamente baixo. O estudo das placas finas de aço sob flexão sempre foi um problema complexo. A quantidade de variáveis que são consideradas na resolução de problemas de engenharia envolvendo placas retangulares excede o número de equações disponíveis para a solução analítica, impossibilitando a obtenção de resultados exatos. Nesse contexto, o presente trabalho analisou numericamente o comportamento mecânico de uma placa fina de aço, quadrada, sob flexão, simplesmente apoiada nos quatro lados, inicialmente sem enrijecedores, sendo seus valores máximos de deslocamento transversal e de tensão de von Mises usados como referência. Na sequência, empregou-se o parâmetro de fração de volume dos enrijecedores (φ), que representa a relação entre o volume de enrijecedores e o volume total do componente estrutural placa/enrijecedores. Então, foi adotado φ = 0,50 e a placa de referência (sem enrijecedores) teve o material referente à metade de sua espessura transformado em enrijecedores, sendo preservadas as medidas de comprimento e largura da placa de referência. Dessa forma, o volume de aço usado na placa sem enrijecedores foi o mesmo utilizado na placa de referência, o que permitiu avaliar a influência do número, disposição e dimensões dos enrijecedores no comportamento mecânico da placa submetida à flexão. Então, tendo como objetivo, minimizar o máximo deslocamento transversal da placa e minimizar a máxima tensão na placa, diferentes configurações de enrijecedores longitudinais e transversais, foram comparadas entre si e com a placa de referência, visando determinar qual configuração geométrica, dentre as avaliadas, conduz ao melhor comportamento mecânico. Para tanto, o grau de liberdade he/te, que relaciona a altura do enrijecedor (he) e sua espessura (te) foi considerado, além disso um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), desenvolvido no software ANSYS, foi utilizado. Os resultados obtidos indicaram que é possível melhorar o desempenho mecânico, em até 600% quando a melhor configuração geométrica é comparada com a pior.
- ItemEstudo numérico aplicado à melhoria do comportamento mecânico de placas finas de aço com enrijecedores submetidas à flexão(2017) Ramos, Alexandro Pereira; Isoldi, Liércio André; Real, Mauro de VasconcellosPlacas finas de aço são elementos estruturais amplamente empregados em engenharia e especialmente em estruturas navais e offshore. Isso se deve ao fato de que estes componentes são capazes de resistir mecanicamente aos esforços que são submetidos possuindo um peso relativamente baixo. O estudo das placas finas de aço sob flexão sempre foi um problema complexo. A quantidade de variáveis que são consideradas na resolução de problemas de engenharia envolvendo placas retangulares excede o número de equações disponíveis para a solução analítica, impossibilitando a obtenção de resultados exatos. Nesse contexto, o presente trabalho analisou numericamente o comportamento mecânico de uma placa fina de aço, quadrada, sob flexão, simplesmente apoiada nos quatro lados, inicialmente sem enrijecedores, sendo seus valores máximos de deslocamento transversal e de tensão de von Mises usados como referência. Na sequência, empregou-se o parâmetro de fração de volume dos enrijecedores (φ), que representa a relação entre o volume de enrijecedores e o volume total do componente estrutural placa/enrijecedores. Então, foi adotado φ = 0,50 e a placa de referência (sem enrijecedores) teve o material referente à metade de sua espessura transformado em enrijecedores, sendo preservadas as medidas de comprimento e largura da placa de referência. Dessa forma, o volume de aço usado na placa sem enrijecedores foi o mesmo utilizado na placa de referência, o que permitiu avaliar a influência do número, disposição e dimensões dos enrijecedores no comportamento mecânico da placa submetida à flexão. Então, tendo como objetivo, minimizar o máximo deslocamento transversal da placa e minimizar a máxima tensão na placa, diferentes configurações de enrijecedores longitudinais e transversais, foram comparadas entre si e com a placa de referência, visando determinar qual configuração geométrica, dentre as avaliadas, conduz ao melhor comportamento mecânico. Para tanto, o grau de liberdade he/te, que relaciona a altura do enrijecedor (he) e sua espessura (te) foi considerado, além disso um modelo computacional baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), desenvolvido no software ANSYS, foi utilizado. Os resultados obtidos indicaram que é possível melhorar o desempenho mecânico, em até 600% quando a melhor configuração geométrica é comparada com a pior.
- ItemAnálise probabilística dos esforços nas estacas de um cais de contêineres de paramento aberto(2017) Ribeiro, Bolívar Zanella; Real, Mauro de VasconcellosO presente trabalho consiste na análise probabilística das cargas axiais das estacas de um cais de contêineres de paramento aberto. A análise parte do modelo de um cais de contêineres já existente e busca principalmente avaliar as solicitações máximas por estaca e sua distribuição de probabilidade, com base nos dados estatísticos obtidos. A solução do modelo é feita através do método dos elementos finitos e a análise probabilística é realizada através do método de Monte Carlo, com uma amostragem por Hipercubo Latino, ambos realizados com o auxílio do software ANSYS. Paralelamente, busca-se aprimorar o modelo, principalmente no que diz respeito à aplicação da sobrecarga com relação à distribuição e variabilidade desta ação. Após a aplicação da metodologia proposta a cinquenta e duas combinações diferentes de ações, divididas em seis grupos, o estudo gerou dois conjuntos de resultados: um para o modelo onde a sobrecarga foi mantida com uma distribuição Normal, onde o valor dos esforços axiais de cada estaca e os parâmetros estatísticos associados a estes valores foi analisado e comparado com os resultados apresentados em Ramos (2016); e outro conjunto de resultados em que a sobrecarga foi aplicada com uma distribuição Beta, onde os esforços axiais individuais das estacas foram novamente comparados com os resultados obtidos anteriormente. O estudo mostrou que a análise dos resultados individuais das estacas levou a uma aproximação mais fiel e detalhada do comportamento da estrutura no que diz respeito à distribuição de probabilidade dos esforços axiais, como, por exemplo, o fato de que os valores médios nem sempre conduzem aos valores extremos de tração e compressão nas estacas. Além disso, as alterações efetuadas no modelo probabilístico resultaram em esforços de compressão mais intensos, com os esforços mais elevados sendo observados na ocorrência de ventos extremos atuando sobre dois navios amarrados. Também observou-se que o Teorema do Limite Central não se verifica nos novos resultados, uma vez que a sobrecarga é predominante em relação aos outros carregamentos nas estacas comprimidas.
- ItemAnálise probabilística dos esforços nas fundações de um cais de contêineres(2016) Ramos, André Pereira; Real, Mauro de VasconcellosDiversos fatores contribuíram para que as estruturas portuárias adquirissem uma elevada importância no bem-estar social e econômico dos países, fazendo com que o contínuo estudo e aprimoramento das técnicas de projeto e construção dessas estruturas seja um tema muito relevante dentro da engenharia. Destaca-se nesse contexto a teoria da confiabilidade estrutural, a qual visa assegurar que as estruturas irão desempenhar suas finalidades dentro das condições necessárias de segurança e funcionalidade. Em face a isso, no presente trabalho é apresentada uma análise estrutural probabilística de um cais de contêineres de paramento aberto, tendo como objetivo a obtenção dos parâmetros estatísticos e distribuições de probabilidade dos esforços nas fundações da referida estrutura, fornecendo assim subsídios para futuras análises de confiabilidade estrutural. Também foram efetuadas comparações entre os resultados obtidos para as 52 combinações de carregamentos analisadas, verificando-se aquelas que conduzem aos esforços axiais máximos e mínimos nas estacas da estrutura. Para execução das análises probabilísticas aplicou-se o método de simulações de Monte Carlo combinado a um modelo estrutural em elementos finitos, sendo as variáveis de entrada nas simulações os parâmetros referentes aos carregamentos externos atuantes na estrutura, e as variáveis de saída os esforços internos no topo das estacas. Sendo os esforços axiais governantes no dimensionamento das fundações de cais portuários de paramento aberto, tais esforços foram as principais saídas das análises probabilísticas, tendo sido considerados também os momentos e forças cortantes no topo das estacas mais carregadas axialmente. Tanto o modelo em elementos finitos como as simulações de Monte Carlo foram realizados no software ANSYS, em suas interfaces Mechanical APDL e Probabilistic Design System, respectivamente, enquanto que o tratamento dos dados obtidos nas análises foi executado no software Matlab. Além da obtenção dos parâmetros estatísticos e distribuições de probabilidade dos esforços axiais máximos e mínimos no topo das estacas e dos momentos e esforços cortantes associados a esses, verificou-se que combinações de carregamentos com ventos extremos atuando sobre duas embarcações amarradas ao mesmo módulo estrutural conduzem tanto às compressões quanto às trações mais intensas nas fundações da estrutura. Verificou-se também que os valores médios mais intensos se referem às distribuições das máximas compressões, enquanto que as maiores variabilidades são verificadas para as distribuições das máximas trações.
- ItemEstudo comparativo do comportamento de placas com furos circulares, quadrangulares e losangulares, sob compressão uniaxial em estruturas navais e oceânicas(2014) Sentano, Bruna Suanez; Real, Mauro de Vasconcellos; Isoldi, Liércio AndréPlacas são elementos estruturais de superfície plana, cuja espessura é pequena quando comparada com as outras dimensões. Estes elementos tem imensa aplicabilidade na engenharia devido ao seu desempenho estrutural quando solicitada à flexão em razão da sua elevada relação resistência–peso e facilidade de descrição do seu comportamento mecânico, pois há eficientes métodos analíticos de cálculo. Estes tipos de estruturas podem ser delimitados por enrijecedores e constituem parte integrante de estruturas de navios, plataformas de petróleo offshore, comportas e docas flutuantes, por exemplo. Em estruturas navais, perfurações são comuns para a abertura de acessos, manutenção ou mesmo redução do seu peso total. Estas perfurações influenciam na máxima resistência desses elementos, pois ocorre uma alteração no comportamento mecânico da estrutura, devido à redistribuição das tensões ao longo da placa. Para o estudo do comportamento de placas com perfurações, foram realizadas análises lineares e não-lineares para a flambagem empregando–se o Método dos Elementos Finitos. A amostra dispõe de 300 placas em que a largura é mantida constante e o comprimento e espessura da placa e o tamanho do furo centralizado variados. A modelagem computacional foi realizada através do software ANSYS e, foi possível determinar a capacidade de carga para cada caso e permitindo analisar a influência do tamanho do furo, da esbeltez e do comprimento da placa em sua capacidade de carga das placas. A análise elástica apontou que o modo de flambagem se modifica ao passo que a relação a/b muda. Já a análise inelástica apresentou tensões últimas inferiores à tensão de escoamento do material em todos os casos. Quanto à influência do furo, foi verificado que quanto maior a perfuração menor é a carga de ruptura. Observa–se que a resistência última da placa não sofre influência significativa pela variação da relação a/b. Ambas as análises mostraram que placas mais espessas apresentam maior capacidade de carga e a geometria do furo não influencia significativamente na resistência da placa.
- ItemAnálise dos esforços em estacas de um cais de contêineres de paramento aberto(2015) Viegas, Carlos Henrique Hernandorena; Real, Mauro de Vasconcellos; Alves, Antônio Marcos de LimaO transporte marítimo e fluvial e seus portos sempre desempenharam e continuam a desempenhar um papel fundamental na relação entre os povos e no desenvolvimento da economia mundial. O Brasil, com 8,5 mil km de costas, tem 95% do seu comércio exterior utilizando o transporte marítimo, com uma movimentação de 700 milhões de toneladas de mercadorias por ano.. E, isso, com uma importante parte com o uso dos contêineres, que trabalham dentro de um sistema unitizado e otimizado de cargas. Desta forma, navios e portos têm sido adaptados em suas estruturas físicas e mecânicas para tornar cada vez mais eficiente o uso desse sistema. Assim, as estruturas de acostagem dos portos necessitam cada vez mais de instrumentos de análise que permitam, não apenas realizar o dimensionamento de suas estruturas, mas, principalmente, compreender o comportamento dos esforços a que estão submetidas. O objetivo deste trabalho foi, portanto, determinar o comportamento das fundações em estacas em um cais de contêineres de paramento aberto constituído por uma laje apoiada sobre estacas, levando em conta diferentes combinações de ações, destacando aquelas que conduzem às situações mais desfavoráveis. Para tanto, foi utilizado o método dos elementos finitos e o software ANSYS. Para o estudo de caso foi adotado um modelo extraído e adaptado a partir de um dos módulos da ampliação do cais do TECON-RS, localizado no porto de Rio Grande. Para as ações foram consideradas, além das triviais, tais como peso próprio e sobrecargas de serviço, aquelas devidas aos equipamentos específicos utilizados nesse cais e aquelas decorrentes de fatores ambientais, tais como vento e correntes. Destas ações resultaram 227 combinações de esforços dentre as quais foram selecionadas as 12 mais importantes consideradas principais. Os resultados obtidos permitiram determinar a variação dos esforços nas estacas em função das diferentes combinações, demonstrando a importância das estacas inclinadas na absorção dos esforços transversais decorrentes das ações do vento e das correntes, bem como do movimentos dos navios, quer através das amarras como também das defensas. Outro aspecto considerado importante foi a constatação da desatualização das normas brasileiras sobre o assunto e, mesmo, a pouca literatura técnico-científica sobre o tema.
- ItemAnálise numérica não-linear de painéis com enrijecedores sob flambagem(2015) Rackow, Patrícia Borges; Real, Mauro de Vasconcellos; Isoldi, Liércio AndréEstruturas navais e offshore são constituídas, basicamente, de painéis enrijecidos. Quando submetidos a carregamentos compressivos, surge a preocupação em relação ao comportamento desses sob flambagem. O fenômeno da flambagem ocorre em componentes estruturais esbeltos que, quando submetidas à compressão axial, após atingida a carga crítica, sofrem uma deflexão transversal. Esses elementos sob flambagem podem perder sua estabilidade sem que o material tenha atingido sua tensão de escoamento. O objetivo do presente trabalho é realizar, através da análise numérica não-linear de painéis enrijecidos, um estudo paramétrico para avaliar o efeito da variação da espessura da chapa, espessura da alma do enrijecedor e espessura do flange do enrijecedor, individualmente e em conjunto, na resistência à flambagem dos mesmos. Para isto, foi considerado um painel base constituído por uma chapa plana e seis reforços longitudinais no formato de ângulo. Este estudo foi feito através de um modelo computacional desenvolvido no software ANSYS®, o qual se baseia no Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados mostram que o parâmetro cuja variação mais influencia a determinação da resistência à flambagem dos painéis é a espessura da chapa, seguida da espessura da alma do enrijecedor. A variação da espessura do flange do enrijecedor pouco influi no valor da carga última de flambagem. Através dos estudos realizados neste trabalho, concluiu-se que é de extrema importância para o desenvolvimento da indústria naval e offshore o estudo do comportamento de painéis enrijecidos sem negligenciar os efeitos da flambagem, visto que estas peças são a base da estrutura de navios e plataformas.
- ItemAnálise numérica da interação entre escoamentos a baixos números de reynolds e cilindros apoiados em base elástica(2013) Gonçalves, Rafael Almeida; Teixeira, Paulo Roberto de FreitasNeste trabalho são apresentadas análises numéricas do fenômeno de Vibração Induzida por Vórtices (VIV) que ocorrem na interação entre escoamentos uniformes e cilindros apoiados em base elástica a baixos números de Reynolds. As simulações são realizadas através do modelo numérico Ifeinco, que usa o método semi-implícito de Taylor-Galerkin de dois passos para discretizar as equações de Navier-Stokes e uma formulação Lagrangeana-Euleriana Arbitrária (ALE). O movimento de corpo rígido do cilindro é descrito pelo uso do método de Newmark. Primeiramente, foram realizadas análises de convergência em relação ao tamanho do domínio computacional, adotando- se um tamanho de 100D (onde D é o diâmetro do cilindro). Após, é analisado o comportamento do escoamento para o cilindro fixo na faixa de número de Reynolds entre 90 e 140, onde é estudada a formação de vórtices e analisada a distribuição de pressão e tensão na superfície do cilindro, o ângulo de separação, as forças de arrasto e de sustentação e o número de Strouhal. Em todos os casos, os resultados obtidos pelo Ifeinco ficaram muito próximos aos obtidos experimentalmente e numericamente por outros autores. As diferenças observadas nas comparações de números de Strouhal, forças de arrasto e sustentação foram respectivamente de 0,16%, 0,32% e 0,51%. Posteriormente é realizada a análise do cilindro apoiado em base elástica (com uma mola e um amortecedor) na direção transversal ao escoamento para os mesmos Reynolds já mencionados. São estudados os campos de pressão e velocidade ao redor do cilindro, as forças de sustentação e arrasto e as amplitudes e frequências de vibração. Foram analisadas a amplitude e a frequência de vibração na zona de ressonância ou de sincronização (lock-in), comparando-se os resultados obtidos com os de outros autores. Observaram-se comportamentos muito semelhantes entre os resultados obtidos pelo Ifeinco e os experimentais e numéricos.
- ItemSimulação numérica não-linear do comportamento pós flambagem de placas finas de aço sob compressão uniaxial em estruturas navais e offshore(2014) Baptista, Lillian Gonçalves; Real, Mauro de VasconcellosPlacas são elementos estruturais de superfície plana amplamente empregados em engenharia, cuja espessura é pequena quando comparada com as demais dimensões. Estas estruturas laminares podem ser delimitadas por enrijecedores, formando parte integrante de estruturas de navios, plataformas de petróleo offshore, comportas e docas flutuantes. É muito comum encontrar perfurações nessas placas para inspeção e manutenção, e o tamanho desses furos tem significativa importância no desempenho da estrutura. Uma análise não-linear da flambagem com base no método dos elementos finitos, considerando-se as imperfeições geométricas iniciais e as não-linearidades do material, foi realizada para um grupo de 150 placas com características usuais no polo naval de Rio Grande, onde a largura é mantida constante e o comprimento é variado, assim como a espessura e o diâmetro do furo circular centralizado. A modelagem computacional foi realizada no software ANSYS, baseada no Método dos Elementos Finitos, onde foi possível obter a carga última para cada modelo e analisar a influência do tamanho do furo, da esbeltez e do comprimento variável na capacidade de carga das placas. Ficou evidente que a força máxima é significativamente reduzida pelo furo. Nota-se também que quanto mais espessa a placa maior sua resistência, e que a capacidade de carga é raramente afetada com a variação de seu comprimento. Foi possível também realizar uma análise onde, para um dado diâmetro de furo exigido, qual comprimento e espessura de placa fornece uma estrutura economicamente mais viável, onde o consumo de aço seja menor e a resistência máxima atingida.