Mangotes de transferência têm sido utilizados em grande quantidade em operações de descarga de óleo, principalmente em águas profundas, onde existem cargas estáticas e cíclicas variáveis devido ao ambiente de trabalho. Apesar da grande demanda dessas estruturas, seu comportamento é pouco conhecido e discutido na literatura devido a sua complexidade. Além disso, os materiais utilizados nesse equipamento podem ocasionar um elevado número de falhas, sendo muitas vezes superestimados, deixando o mangote com peso excessivo. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de uma metodologia de análise de materiais poliméricos avançados, especificamente fibras de poliaramida e materiais compósitos à base de fibra de carbono, em substituição a materiais tradicionais, utilizando modelos numéricos capazes de prever o comportamento da pressão de ruptura das carcaças e resistência a compressão radial do mangote, além da avaliação em fadiga dos cordonéis à base de poliaramida dessas novas estruturas. Modelos em meso-escala foram desenvolvidos utilizando conceitos de hiperelasticidade e de critérios de falha de materiais compósitos para previsão das tensões e deformações locais em regiões críticas do mangote. Análises numéricas foram realizadas via elementos finitos com o software comercial para auxiliar a elaboração dos modelos e a realização dos cálculos numéricos. Foram realizados ensaios experimentais para validação desses modelos numéricos, bem como para a previsão do comportamento estático e em fadiga dos materiais envolvidos. Foram desenvolvidos dois modelos. Em um modelo foi aplicado pressão interna no mangote para previsão de ruptura das carcaças no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho dos novos reforços de poliaramida. No outro modelo foi aplicada uma carga radial na seção central do mangote para prever a resistência ao esmagamento, no qual tem o objetivo de avaliar o desempenho do componente de sustentação em material compósito de fibra de carbono. Os resultados dos modelos numéricos apresentaram boa concordância com os resultados experimentais em grande parte das análises. Também se observou que os novos materiais apresentam um grande potencial de substituição dos materiais tradicionais, bem como um excelente comportamento frente a carregamentos estáticos e dinâmicos envolvidos na aplicação, sendo verificada diminuição significativa de peso e aumento do desempenho. / Offloading hoses have been extensively used at offloading oil operations, especially in deep water, where there are variable static and cyclic loads due to the working environment. Despite the great demand for these structures, their behavior is little known and discussed in the literature due to the complexity. In addition, the materials used in this equipment may lead to a high number of failures, being often overestimated, leading to excessive weight. This work aims to develop a methodology for analysis of advanced polymeric materials, specifically polyaramide fibers and carbon fiber composite materials, in the substitution of traditional materials, using numerical models able to predict the static behavior of the burst pressure of the carcasses and radial compression strength of the hose. In addition, fatigue tests were performed to evaluate the polyaramide cords of these new structures. Meso-scale models were developed using advanced hyperplastic and composite failure criteria concepts to predict local stresses and strains in critical regions of the hose. Numerical analyses were performed using finite elements with commercial software to aid the development of models and to carry out numerical calculations. Several experimental tests were performed to validate numerical models, as well as to forecast the static and fatigue behavior of the materials used. Two models were developed. A model is used to predict the burst pressure of the hose in order to evaluate the performance of the new polyaramide reinforcements cords. In the other model, a radial load was applied in the central section of the hose to predict the crushing strength, in which it has the aim of evaluating the performance of the load-bearing component made with carbon fiber composite material. The results of the computer models showed good agreement with the experimental results in most analyses. It was also found that the studied materials offered considerable potential for the substitution of traditional materials, as well as an excellent behavior under static and dynamic loads related to this application, with a significant weight reduction and increased performance of the new configurations over traditional hoses.

Orientador: Prof. Dr. Thales Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Os transformadores de potência são elementos essenciais de um sistema elétrico de potência. Há anos, os transformadores de potência a seco vêm sendo amplamente utilizados, uma vez que este tipo de transformador, comparados aos transformadores a óleo, possuem menores dimensões, necessitam de menos manutenção e são recomendados para instalações internas que exigem segurança e confiabilidade, além de agredirem menos o meio ambiente. Um dos principais parâmetros de interesse no projeto e operação de transformadores é a temperatura, uma vez que ela interfere no envelhecimento da isolação do enrolamento e, consequentemente, na sua vida útil. Portanto, a medida de temperatura em um transformador é de particular interesse dos fabricantes e clientes com o objetivo de prolongar a expectativa de vida dos transformadores. Nesse sentido, o presente trabalho utilizou um termovisor, sensores de temperatura e um analisador trifásico de energia para realizar medidas em campo e coletar os valores de temperatura e de grandezas elétricas de um transformador de potência trifásico a seco de 500 kVA, que está em uso na Universidade Federal do ABC (UFABC). Com as medidas obtidas, assim como dados aproximados das características dos materiais empregados e dimensões do transformador, foi proposto, através da utilização da equação de difusão de calor, tendo como condições de contorno as equações de convecção e radiação, a obtenção da distribuição de temperatura de transformadores por meio da realização de um estudo térmico utilizando o método dos elementos finitos. O estudo foi realizado utilizando o software livre FEMM (Finite Element Method Magnetics) que utiliza um espaço cartesiano de duas dimensões (2D), no qual foi possível descrever a geometria da estrutura a ser simulada e aplicar a análise por elementos finitos. Com isso, comparou-se as medidas realizadas em campo com os valores obtidos no modelo proposto. Os resultados das simulações numéricas apresentaram concordância com os valores obtidos em campo. / Power transformers are essential elements of an electric power system. For years, dry-type power transformers are widely used, since this type of transformer, compared to oil transformers, are smaller in size, require less maintenance and are recommended for indoor installations that require safety and reliability, and less damage to the environment. One of the main parameters of interest in the design and operation of transformers is the temperature, since it interferes in the aging of the insulation of the winding and, consequently, its useful life. Therefore, the temperature measurement in a transformer is of particular interest to manufacturers and customers, to prolong the life expectancy of transformers. Thus, with the use of a thermal imager, temperature sensors and a three-phase power analyzer, measurements were made on site and the temperature and electrical values of a three-phase dry-type power transformer of 500 kVA, in use were collected At the Federal University of ABC (UFABC). With the data of the measurements, such as approximate data of the characteristics of the materials used and dimensions of the transformer, it was possible to propose, through the use of the heat diffusion equation, having as boundary conditions the convection and radiation equations, obtaining the temperature distribution of transformers by conducting a thermal study using the finite element method. Such study was performed using FEMM (Finite Element Method Magnetics) software that uses a two dimensional cartesian space (2D), in which it was possible to design the structure to be simulated and to apply the finite element analysis. Thus, the measurements performed on site were compared with the values obtained in the proposed model. The results of the numerical simulations presented agreement with the values obtained on site.

Made available in DSpace on 2016-04-01T17:54:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-31. Added 1 bitstream(s) on 2016-04-01T18:00:22Z : No. of bitstreams: 1 000505957.pdf: 1448129 bytes, checksum: ef6c3d75951b3a630e2efdba48bcb784 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O desenvolvimento de modelos numéricos para simulação de escoamentos tem se dado em diversos aspectos: desde os métodos de acoplamento entre pressões e velocidades até as técnicas de estabilização da solução. Neste contexto, este trabalho se propõe a implementar e avaliar o comportamento de um destes algoritmos, o CBS, utilizando-o na simulação de um escoamento isotérmico de fluido incompressível. Para tanto, foram utilizados variantes do esquema de solução com relação à discretização no tempo, com os métodos explícito e semi-implícito, além de algumas outras alterações na discretização no espaço e nos termos de estabilização. A discretização geral do problema foi feita com o método dos elementos finitos utilizando-se uma malha formada por elementos bilineares. O algoritmo e suas variações foram avaliados através de uma série de resultados, para diversos valores do número de Reynolds, de um problema clássico: a cavidade recirculante. Desta forma, foi possível mostrar que todas as variações da solução usando a malha estabelecida apresentaram concordância satisfatória com os resultados da literatura. Além disto, verificou-se que a omissão do termo característico não apresentou diferenças significativas nos resultados para os valores de número de Reynolds testados. Os resultados mostraram também que o método semi-implícito converge com um menor número de incrementos de tempo que o método explícito. / The development of numerical models for fluid flow simulation occurred at many aspects: since coupling methods between pressures and velocities until stabilization techniques. In this context, this work intends to implement and evaluate one algorithm behavior, the CBS, used in a simulation of incompressible and isothermal flows. This work also uses the explicit and semi-implicit methods of the time discretization scheme and some others changes in space discretization and stabilization terms for tests with algorithm. The discretization technique used is the finite element method with the mesh formed by bilinear elements. The algorithm's changes were evaluated using results for several Reynold's number in a classic problem: the lid-driven cavity. All the changes in solution algorithm with the used mesh show good agreement with other results from bibliography. It was verified too, that the omission of characteristics term didn't present significant differences in results with Reynold's number tested. It was observed yet that the solution code using the semi-implicit method converges with less time steps than the explicit one.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-20Bitstream added on 2014-06-13T19:32:32Z : No. of bitstreams: 1 jordam_a_me_bauru.pdf: 3535049 bytes, checksum: a22a97d375d5d91449be8bd46442ee9e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A fluidodinâmica computacinal (CFD) tem sido utilizada, estudadda e implementada ao longa das duas últimas décadas na solução dos mais diversos problemas de engenharia. O princípio básico desta ciência é a aplicação de métodos numéricos em problemas que envolvam mecânica dos fluidos. Nesse contexto, este trabalho utiliza essa técnica para analisar o comportamento de um fluido incompreensível, que se encontra numa cavidade cilíndrica fechada onde as faces inferior e superior são adiabáticas e as superfícies laterais se encontram em diferentes temperaturas. Os perfis de velocidade e temperatura resultantes - ocasionados pela convecção natural - serão avaliados em todo o domínio do problema. Existe uma série de técnicas para a solução de problemas envolvendo escoamentos, sendo as mais comuns as que se utilizam do Esquema de Passo Fracionado proposto por Chorin no final da década de 60. Dentre as diversas soluções que se utilizam desta técnica, este trabalho optou pelo uso do método das características e do algoritmo CBS de solução proposto por Zienkiewicz e Codina (1995). Para a implementação do algoritmo de solução do problema proposto foi realizada uma discretização geral através do método dos elementos finitos usando-se de uma malha formada por elementos bilineares. A solução foi obtida a partir de um ambiente matemático adequado, a GNU-Octave (2008). Os resultados foram analisados para diferentes razões de curvatura, números de Rayleigh e métodos de solução, sendo plotados para as suas diversas variáveis buscando descrever o comportamento do fenônemo / The Computational Fluid Dynamics (CFD) has been used, studied and performed through the last two decades to solve the series of problems in Engineering. The most basic aim of this science is the appliance of numerical methods in cases that envolve fluid mechanics. In this context, this work uses this technic to analyze the behaviour of an incompressible fluid, which is found in a closed cylindrical cavity, a place where the inferior and superior surfaces are adiabatic and the lateral surfaces are shown in different temperatures. The resultant profiles of speed and temperature - induced by the free convection - are going to be appraised in all the dominion of the problem. There is a set of technics to solve the problems which involve the drainage, but the most usual are those which use the techic Fractional Step Method offered by Chorin in the final of 60s. Among the several solutions that are solved through this technic, this research used the characteristics method and of the CBS algorthm, offered by Zienkiewicz e Codina (1995). For the implementation of the algorithm, it was realized a general discretization through the finite elements method, making use of a loop formed by bilinear elements. The resolution was obtained from an adequated mathematical ambient, the GNU-Octave (2008). The results were analysed for different curvature ratios, Rayleigh numbers and methods of solution, being plotted for its different variables searching to describe the behavior of the phenomenon

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-23Bitstream added on 2014-06-13T19:20:24Z : No. of bitstreams: 1 rossato_dm_dr_arafo.pdf: 3020954 bytes, checksum: 1a5b7cd1dca8b24d2c32a870ea1c52b3 (MD5) / Dentes tratados endodonticamente têm uma maior incidência a fraturas, tornando sua restauração um desafio para a Odontologia. Foram selecionados três incisivos centrais superiores humanos os quais foram restaurados com núcleo metálico fundido e coroa de cerâmica IPS emax®Press, núcleo de preenchimento em resina ccomposta associado ao pino de fibra de vidro e coroa de cerâmica IPS emax®Press e endocrown em cerâmica IPS emax®Press. Os dentes foram levados ao teste estático de fratura. Paralelamente foi realizado um modelo virtual de um incisivo central que apresentava características e restaurações representativas dos dentes que foram levados ao teste de fratura. A análise computacional pelo método dos elementos finitos 3D foi realizada. Os resultados obtidos nos dois tipos de análise realizada mostram que a coroa endocrown e o pino de fibra de vidro apresentaram um padrão de fratura que não afetou a estrutura radicular enquanto que o núcleo metálico fundido apresentou um padrão de fratura desfavorável envolvendo a estrutura radicular condenando o dente. Na análise dos elementos finitos obtivemos uma correta previsibilidade de onde as coroas e núcleos poderiam falhar. A análise dos elementos finitos é uma metodologia importante na análise de novas técnicas e novos materiais. / Restoration of endodontically treated teeth is a common problem in restorative dentistry, related to the fractures occurring in such teeth. Three human maxillary central incisor were selected and restaured with metal core and IPS emax®ceramic crown, glass fiber post with composite core and IPS emax®ceramic crown and IPS emax®ceramic endocrown. Static loading test were performed on each specimen until failure. Paralleled a 3D model of a maxillary central incisor is presented. The same characteristics of the real teeth used in the mechanical test were applied. A 3D finite elements analysis was made. The results of both analysis shows that endocrown and fiber post have a pattern of fracture that not involve the root while metal core presents a catastrophic pattern of fracture in the root. The FEM analysis is an important methodology in the development of new materials.

O estudo de escoamentos de fluidos não-Newtonianos através de expansões desperta um grande interesse em pesquisadores nas diversas áreas da engenharia, devido a sua ampla aplicação em indústrias e no meio acadêmico. O objetivo principal desta Dissertação é simular problemas de escoamentos envolvendo fluidos viscoplásticos através de expansões axissimétricas abruptas. O modelo mecânico empregado é baseado nas equações de conservação de massa e de momentum para escoamentos isocóricos acoplados com a equação constitutiva de um Fluido Newtoniano Generalizada (GNL), com a função de viscosidade de Herschel-Bulkley regularizada pela equação de Papanastasiou. O modelo mecânico é aproximado por um modelo estabilizado de elementos finitos, denominado método Galerkin Mínimos-Quadrados, ou Galerkin Least-squares (GLS). Esse método (GLS) é usado a fim superar as dificuldades numéricas do modelo de Galerkin clássico: a condição de Babuška-Brezzi e a instabilidade inerente em regiões advectivas do escoamento. O método é construído adicionando termos de malha-dependentes a fim aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin clássica sem danificar sua consistência. A formulação GLS é aplicada para estudar a influência do índice power-law, da tensão limite de cisalhamento e razão de aspecto na dinâmica do escoamento de fluidos de Herschel-Bulkley através de expansões axissimétricas abruptas de razão de aspecto 1:2 e 1:4. Os problemas que envolvem números de Reynolds desprezíveis, para uma escala do número de Herschel-Bulkley entre 0 e 100 e índice de comportamento entre 0,2 e 1,0 são apresentados. Os resultados são fisicamente detalhados e estão de acordo com a literatura. / The study of non-Newtonian fluid flows in expansions is of great interest for researchers in the several branches of engineering, due to their wide application both in industry and academy. The objective of this Dissertation is to simulate flow problems involving a viscoplastic fluid through an axisymmetric abrupt expansion. The mechanical model employed is based on the mass and momentum conservative equations for isochoric flows coupled with the Generalized Newtonian Liquid (GNL) constitutive equation, with the Papanastasiou-regularized Herschel-Bulkley viscosity function. The mechanical model is approximated by a stabilized finite element scheme, namely the Galerkin Least-squares method. This method (GLS) is used in order to overcome the numerical difficulties of the classical Galerkin method: the Babuška- Brezzi condition and the inherent instability in advective flow regions. The method is built adding mesh-dependent terms in order to increase the stability of the classical Galerkin formulation without damaging its consistency. The GLS formulation is applied to study the influence of power-law index, yield stress and aspect reason in the flow dynamics of Herschel- Bulkley fluids through an axisymmetric abrupt expansions of aspect reason 1:2 and 1:4. Problems involving negligible Reynolds numbers, for a Herschel-Bulkley number range between 0 and 100 and e power-law index range between 0.2 and 1.0 are presented. The results are physically comprehensive and are in accordance with the literature.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema voltado à solução de problemas relacionados à Engenharia do Vento Computacional. Para o tratamento das estruturas turbulentas, a Simulação das Grandes Escalas é empregada. Esta metodologia resolve diretamente as estruturas que governam a dinâmica local do escoamento (grandes escalas) e utiliza modelos para resolver as escalas com características mais universais (pequenas escalas). Neste estudo, os efeitos sub-malha são obtidos a partir do modelo clássico de Smagorinsky. Na análise numérica, o método dos elementos finitos é avaliado a partir da utilização de elementos hexaédricos e uma formulação baseada nas equações governantes de escoamentos quase-incompressíveis. Para reduzir o requerimento de memória computacional, esquemas explícitos para solução de sistemas de equações são empregados. O primeiro aspecto a ser abordado para o desenvolvimento do sistema proposto é a redução do tempo de processamento. Partindo do algoritmo desenvolvido por [Petry, 2002], desenvolvese um estudo a cerca de técnicas computacionais de alto desempenho visando acelerar o processamento dos problemas. Assim, apresenta-se um comparativo entre alocações estática e dinâmica de vetores e matrizes, juntamente a implementação do paralelismo de memória compartilhada utilizando diretivas OpenMP. A verificação do aumento da velocidade de processamento é desenvolvida simulando o escoamento em um domínio contendo um corpo imerso aerodinamicamente rombudo. As técnicas utilizadas permitiram a obtenção de um aumento de aproximadamente cinco vezes em relação ao código originalmente avaliado. Uma importante dificuldade na avaliação de escoamentos externos está na solução numérica de problemas advectivo-dominantes. O esquema de Taylor-Galerkin explícito-iterativo, originalmente presente no código e validado para escoamentos internos, mostrou-se inadequado para avaliação do escoamento externo proposto, apresentando perturbações no campo de pressões e não convergindo para a solução correta do problema. Estas instabilidades persistiram em uma versão alternativa desenvolvida, a qual utilizava funções de interpolação de igual ordem para solução da pressão e velocidade. Para uma análise de escoamentos não confinados, é implementado o esquema temporal de dois passos utilizando funções de interpolação para velocidade e pressão de mesma ordem. Esta configuração apresentou resultados físicos de boa qualidade e importante redução no tempo de processamento. Após a identificação da alternativa que permitiu a avaliação dos resultados sem a presença de perturbações, apresenta-se a análise do escoamento sobre um prisma quadrado bidimensional, privilegiando o monitoramento da velocidade, pressão e energia cinética total da turbulência na linha central do domínio e nas proximidades do obstáculo. Esta avaliação é efetuada em malhas com configurações uniformes e irregulares para um número de Reynolds igual a 22000. / Development of a system to solve problems related to Computational Wind Engineering is the main aim of this work. In order to treat turbulent structures, Large Eddy Simulation is employed. This methodology compute directly scales governing local flow dynamics (large eddies) and it use models to solve those with universal character (small eddies). In this study, the sub-grid effects are considered using the standard Smagorinsky model. In the numerical analysis, hexahedral finite elements are used and a formulation based on the governing equations of quasi-compressible flows. To reduce the computational memory request, explicit schemes to solve the equations system are used. In order to reduce CPU time, an algorithm developed by [Petry, 2002] is evaluated and high-performance techniques aiming to accelerate the problem solution are studied. Thus, it is showed a comparison between dynamic and static allocations of vectors and matrices associated to the implementation of shared-memory parallelization using OpenMP directives. The speed up verification is developed simulating the flow around an immersed bluff body. As a consequence of the techniques employed here, an acceleration of approximately five times with respect of the original computational code is obtained. An important difficulty in the external flow evaluation is the numerical solution of convection dominated flows. The Taylor-Galerkin explicit-iterative scheme, (originally used by the program), which was validated for confined flows, did not present good results for external flows simulations and pressure field perturbations were observed. These instabilities were persevered even in an alternative version, where interpolations functions with the same order were used to compute velocity and pressure (in the original version, constant pressure field at element level were employed). To analyze unbounded flows accurately, a two-step explicit scheme using velocity and pressure interpolation functions with the same order was implemented. This configuration presented physical results with good quality and achieve an important reduction in the processing time. After identification of the best alternative without perturbations of the pressure field, the numerical simulation of the flow around a two-dimensional square cylinder was investigated favoring velocity, pressure and total kinetic energy evaluations along the mid line of the domain and in the obstacle vicinity. These evaluations were effectuated with uniform and stretched meshes for a Reynolds number equal to 22000.

A resistência e a rigidez de materiais compósitos variam consideravelmente devido a mudanças no tipo de material, espessura das camadas, ângulo de orientação das fibras e seqüência das lâminas. O projeto de uma estrutura ótima pode ser obtido dada uma determinada condição de carga. Vários métodos de otimização determinísticos foram desenvolvidos para tratar esse problema. Algumas vezes a orientação ótima das fibras muda quando as condições de carga variam e o desempenho da estrutura é altamente afetado pelas variáveis de projeto e condições de carregamento. Dessa forma, a otimização deste tipo de estrutura utilizando a confiabilidade como restrição é um importante problema a ser tratado. Este trabalho trata do problema da otimização de estruturas de materiais compósitos laminados com restrição de confiabilidade utilizando algoritmos genéticos e redes neurais. A análise da estrutura é feita via elementos finitos e as tensões na direção dos eixos principais de cada lâmina são utilizadas para o cálculo do índice de confiabilidade da estrutura, sendo a função de estado limite o critério de Tsai-Wu para falha de materiais compósitos laminados. A análise de confiabilidade é feita através de um dos seguintes métodos: FORM com um ponto de linearização, FORM para sistemas em série, Monte Carlo Direto e Monte Carlo com Amostragem por Importância. O processo de otimização via Algoritmos Genéticos (com suas fases de geração, seleção e cruzamento dos indivíduos da população), é usado em conjunto com os métodos de determinação do índice de confiabilidade e análises por elementos finitos. Isto gera um alto custo computacional, o qual é contornado utilizando-se Redes Neurais do tipo Perceptron e Base Radial, treinadas para substituir a análise via elementos finitos, diminuindo consideravelmente o tempo de processamento. É mostrado por meio de diversos exemplos que esta metodologia pode ser usada sem perda de precisão e com economia de tempo de processamento até mesmo em exemplos fortemente não lineares. / Strength and stiffness of composite materials vary considerable due to changes in the material to be used, the thickness of each layer, the fiber orientation angles and the stacking sequence. The optimum structural design may be obtained for a specific load condition. Several optimization criteria were been developed to treat that problem. Sometimes the optimal fiber orientation angles are highly dependent on the load conditions and the structural performance is also influenced by the design variables and acting loads. Thus, structural optimization using a reliability index as a constraint is an important problem to be analyzed. This work deals with the problem of reliability based optimization of laminated composite structures, using genetic algorithms and neural networks. The analysis of the structure is carried out by finite elements and the stress in the direction of the principal axes of each lamina are used to the calculation of the reliability index of the structure, where the limit state function is the Tsai-Wu criterion assuming first ply failure. The reliability analyses are accomplished through one of the following methods: FORM with one linearization point, FORM for in-series systems, Direct Monte Carlo and Monte Carlo with Importance Sampling. The optimization process through Genetic Algorithms (with its phases of generation, selection and crossover of the individuals of the population), is used jointly with the reliability evaluation methods and analysis by finite elements. This leads to high computational costs, which are overcome using trained Neural Networks of the type Perceptron and Radial Base to substitute the analysis with finite elements, reducing considerably the processing time. Several examples are used to show that this methodology can be used without loss of accuracy and with large computational timesaving even for strongly non-linear problems.

Este trabalho apresenta um estudo para aerogerador de pequeno porte projetado inicialmente para uso residencial. A ênfase está na modelagem e simulação virtual da estrutura das pás em compósito de fibra de vidro. A modelagem geométrica foi feita com software para desenho assistido por computador (CAD 3D). Para o projeto, foi escolhido o perfil MH110 que apresenta boa relação entre coeficiente de sustentação e coeficiente de arrasto e facilidade de fabricação. Os parâmetros como o diâmetro do rotor, a corda e a torção da pá, as relações entre velocidades e a aplicação de cargas na estrutura do material utilizado foram definidos segundo bibliografia específica, software para análise de perfil aerodinâmico e simulações pelo método dos elementos finitos. Procurou-se buscar sempre a maior eficiência, segurança e economia. O material considerado para o projeto das pás foi projetado para resistir às tensões decorrentes de operação em condições consideradas normais e para rajadas de vento. A simulação pelo método dos elementos finitos foi conduzida com ferramenta computacional e levou em conta os limites de falha do material utilizado. A geometria foi simulada sem reforço interno e apresentou baixo deslocamento quando submetida às cargas aerodinâmicas de empuxo e rotacional. Ao realizar simulação com critério de falha, foi possível determinar a espessura mais adequada para o material compósito e verificar seu comportamento de acordo com diferentes velocidades de vento. / This work presents a study for small wind generator designed for residential usage. The emphasis is modeling and virtual simulation of the blade structure made in composite material (fiberglass). Geometric modeling was performed by computer aided design (CAD 3D) software. The MH110 profile was chosen for design because it presents good ratio of lift coefficient and drag coefficient, and manufacturing facility. Parameters such as rotor diameter, chord and blade twist, the relationship between the blade speeds, and the application of loads on the material used were defined according to specific bibliography, software for airfoil analysis and simulations by finite element method. It tried to always seek most efficiency, safety and economy. The material was designed to withstand the stresses arising from operation under conditions considered normal and wind gusts. The simulation by finite element method was conducted by computational tool and took into account the material failure criterion. The geometry was simulated without internal reinforcement and presented low displacement when subjected to aerodynamic loads of thrust and rotational forces. When performing simulation with the failure criterion, it was possible to determine the most appropriate thickness for the composite material and verify its behavior under different wind speeds.

Les travaux de cette thèse portent sur la compréhension des phénomènes physiques sous-jacents à la production normale ou pathologique de la voix. Certaines formes de pathologies pouvant concerner des affections structurelles des cordes vocales (polypes, paralysie, ...) et altérer de façon plus ou moins conséquente la mise en vibration des cordes vocales. Une partie de ces travaux porte ainsi sur l'observation expérimentale de la production de parole pathologique, grâce notamment à la mise au point d'une maquette auto-oscillante de cordes vocales artificielles. Celle-ci reprend la structure de latex remplie d'eau sous pressions des maquettes déjà développées au Gipsa-lab mais permet une plus grande indépendance des paramètres de contrôle. Un accent particulier des manipulations expérimentales est également porté sur la caractérisation mécanique des structures vibrantes, dont la connaissance est indispensable à la reproductibilité et la répétabilité des mesures ultérieures sur la maquette, ainsi qu'à l'analyse des résultats expérimentaux avec couplage aéroacoustique et la validation de modèles numériques associés.D'un côté, un calcul du comportement vibratoire des maquettes basée sur une méthode éléments finis a été mise oeuvre. Le modèle numérique développé utilise ainsi une formulation du couplage hydro-élastique entre le latex et l'eau qui constituent les maquettes et offre la possibilité de prendre en compte les grandes déformations et les pré-contraintes liées au gonflement du latex soumis à une forte pression d'eau. Finalement, un modèle d'écoulement glottique couplé à un modèle mécanique distribué de type "masse-raideur" a été utilisé et étendu pour simuler des comportements pathologiques tels que des asymétries (entre les deux cordes vocales et au sein d'une corde) ou la présence d'une masse ajoutée (kyste, polype). Un procédure d'optimisation de ce modèle sur une configuration expérimentale de référence permet alors de comparer les calculs aux observations des seuils d'oscillation sur les maquettes en présence d'une masse ajoutée. / My PhD work has focused on understanding physical phenomena related to speech production in healthy and pathological conditions. Some pathologies affect the structure of the vocal folds which could lead to a more or less substantial alteration of their vibrations. Part of this work is experimental modeling of speech production applied to pathologies, with the development of a self-oscillating vocal fold replica. This replica is made of water-filled latex, such as have already been developed at Gipsa-lab, but it allows a larger independence within its control parameters and it can be used to reproduce pathological conditions. A particular interest is brought to mechanical characterization of these vibrating structures. This characterization is of primary importance when it comes to repeatability and reproducibility of measurements, as for the analysis of experimental results with aeroacoustic coupling and the validation and improvements of corresponding numerical models.Simulations of the vocal fold vibrating behavior based on the finite element method have been developed. The model uses a formulation of the hydro-elastic coupling between the latex and the water which the replica is made of. It also offers the possibility to take into account the large deformations and the prestress within the latex induced by water pressure. Another numerical approach is made using a theoretical laryngeal flow model coupled with a distributed mass-spring model and a set of resonators. Calculations of the dynamical system stability offer the possibility for comparisons with the experimental setup through a finite set of parameters. This model is adapted to simulate pathological conditions such as asymmetries and the presence of growths (cysts, polyps). Finally, an optimization calculation of this model on an experimental reference configuration of the replica allows us to compare the calculations with the measurements on this replica with the presence of a polyp.