[pt] Um método para a simulação dinâmica bi-dimensional de bóias cilíndricas de superfície, sujeitas à ação de ondas e ancorada ao fundo marinho através de uma linha flexível é apresentado neste trabalho. O modelo de elementos finitos adotado por Lustosa (2002) é empregado na descrição do movimento do cabo de ancoragem, onde elementos de vigas de Euler-Bernoulli de dois nós são empregados, com a cinemática do movimento descrita através de grandezas referidas ao sistema local co-rotacionado. No modelo numérico, são consideradas as não-linearidades geométricas resultantes dos grandes deslocamentos da linha e que causam o acoplamento das rigidezes axial e flexional. Na caracterização do movimento da linha consideram-se os seguintes efeitos: peso próprio, empuxo, carregamento hidrodinâmico da correnteza marinha, deslocamentos impostos pela unidade flutuante, forças de inércia e, se presente, a ação de flutuadores. Os deslocamentos do cabo são obtidos da solução do sistema algébrico de equações não-lineares, resultante da integração temporal de Newmark das equações diferenciais temporais do movimento, cuja convergência é garantida através do método iterativo de Newton-Raphson. Para a bóia, considerada para efeito de análise como indeformável, três graus-de-liberdade são considerados: dois de deslocamentos lineares e um de deslocamento angular. As ondas de superfície, monocromáticas e bi-dimensionais, são representadas no modelo através da teoria linear de Airy associada à modificação empírica de Wheeler (Wheeler, 1969). Forças resultantes da ação das ondas sobre a bóia de superfície são obtidas através da integração numérica da equação proposta por Chitrapu et al. (1998) que compõe-se de um termo viscoso - resultante da parcela de arrasto da equação de Morison - e de um termo não-viscoso - considerado como resultante da soma da força de Froude-Krylov (Chakrabarti, 1987) à parcela de inércia da equação de Morison -. A integração numérica desta equação sobre a superfície “molhada” instantânea do cilindro é realizada, a cada incremento de tempo da análise, empregando-se o método da quadratura adaptativa de Simpson. Finalmente, na integração temporal das equações de movimento da bóia de superfície utiliza-se o método de Runge-Kutta de quinta ordem, com o controle adaptável do passo temporal. O procedimento descrito foi implementado em um programa de computador e os resultados obtidos de algumas análises numéricas comparados com os fornecidos por outras simulações independentes, de forma a verificar a adequabilidade da formulação proposta no estudo da dinâmica de bóias flutuantes. / [en] In this work a method for two-dimensional dynamic analysis of a cylindrical buoy under surfaced waves and moored to the seafloor by a flexible riser is presented. The finite element model used to describe the dynamics of the maritime line was developed by Lustosa (2002). This is a two node beam element based on the Euler-Bernoulli theory, with the element kinematics referred to a co-rotacional coordinate system attached to the element. The model considers the representation of geometric non-linearities due to the line motion large displacements resulting in axial-bending couplings in the element total stiffness representation. The element displacements in the line are due to the following external loadings: self weight, buoyancy force, hydrodynamic forces due to maritime currents, surface buoy imposed displacements, the forces of inertia, and, if present, the action of floaters. The buoy two displacements and one rotation degrees-of-freedom are measured at its center of gravity and are obtained from the solution of the non-linear algebraic system resulting from the Newmark temporal integration of the differential equations of motion, which solution convergence is granted by a Newton- Rapshon iterative method. The linear wave theory - Airy Theory -, associated to the Wheeler empirical modification, is used in this work to represent the monochromatic bi-dimensional surface waves. To obtain the wave forces acting on the surface buoy while in motion, the numerical integration of the equation presented by Chitrapu et al. (1998) is employed. This is the result of a two part equation: the first is evaluated as the Morison viscous drag force and, in a second part, is the sum of the - Froude-Krylov - and the Morison inertia forces. The numerical integration of the resulting equation is evaluated over the instantaneous wet surface of the buoy, in each time-step, using the adaptive recursive Simpson´s method. Finally the temporal integration of the buoy equations of motion are evaluated using a fifth-order Runge-Kutta method, with an adaptive control of the temporal time step. This procedure has been implemented in a computer program and the results obtained from some numerical analysis are compared to the ones obtained from independent simulations, so as to verify the ability of this proposed method to describe the dynamic of floating buoys.

[pt] O mecanismo de corte em rocha é determinante na eficiência do processo de perfuração de poços de petróleo. Este mecanismo tem sido estudado através de ensaios de corte com um único cortador. Neste trabalho foram desenvolvidos modelos com o método dos elementos finitos para simular o processo de corte em rocha realizado por um cortador único. Este trabalho está vinculado ao Projeto de Modelagem de Perfuração de Evaporitos sob Altas Pressões desenvolvido pela Baker-Hughes e o Grupo de Tecnologia em Engenharia de Petróleo (GTEP) da PUC-Rio. As simulações numéricas foram feitas utilizando-se o programa ABAQUS. O modelo constitutivo de Drucker-Prager foi descrito e usado para modelar o comportamento da rocha. O modelo de dano isotrópico foi usado para modelar a erosão do material produzida na interação rocha-cortador. Os resultados das simulações com modelos bidimensionais e tridimensionais permitiram analisar a influência da variação da profundidade de corte e da pressão de confinamento na energia específica necessária para realizar o corte em rocha. Observou-se que, até certo limite, quanto mais profundo estiver o cortador menor energia específica será necessária para o corte. A análise da influência da pressão de confinamento mostrou que o corte de rocha em condições atmosféricas fornece valores de energia específica muito próximos à resistência à compressão não confinada da rocha, enquanto que a aplicação de pressão confinante causa incrementos da energia específica. / [en] The understanding of rock cutting mechanism is critical to the efficiency of borehole drilling process. This mechanism is studied through single cutter tests. In this work were developed models with the Finite Element Method to simulate the rock cutting process by a single cutter. This work is connected to the project Modeling of Evaporite Drilling Under High Pressure, sponsored by Baker Hughes in partnership with the Group of Technology and Petroleum Engineering (GTEP) of the Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro. The numerical simulations were performed using the program ABAQUS. The Drucker- Prager constitutive relationship was used to model the rock behavior. Also, an isotropic model of damage was described and employed for modeling the erosion mechanism that represents the rock-cutter interaction. Two and three-dimensional simulations allowed the analysis of the influence of the variation of cutting depth and confining pressure on the mechanical specific energy required to cut the rock. To certain depth limit, it was observed that for larger depths of cut, less specific energy is required to cut the rock. The analysis of experiments under confining pressure showed that cutting process under atmospheric conditions produced specific energy close to the unconfined compressive strength of rock, while the application of confining pressure showed a remarkable increase in specific energy required for cutting.

[pt] Um elevado número de reservatórios de hidrocarbonetos é naturalmente fraturado. Quando sujeitos a estimulação hidráulica, as fraturas naturais podem influenciar a propagação da fratura hidráulica, que pode tomar uma forma geométrica complexa, criando redes de fraturas no reservatório. De forma a melhor entender e simular tais fenômenos, um elemento baseado no Método dos Elementos Finitos Estendidos (XFEM) é proposto. A formulação do elemento inclui interseção e cruzamento entre fraturas, atrito entre as faces das fraturas, comportamento acoplado entre deslocamentos, poro-pressões e pressões do fluido da fratura, absorção de fluído da fratura para o meio poroso (leak-off) e a eventual perda de pressão nas faces da fratura (filter cake). Os fundamentos teóricos e os aspectos relevantes da implementação são apresentados. Um conjunto de análises é realizado de forma a validar em separado as diferentes funcionalidades do elemento implementado. Finalmente, os resultados de quatro aplicações práticas são analisados e discutidos: dois conjuntos de ensaios de laboratório de interseção de fratura, propagação de fratura hidráulica num modelo sintético multi-fraturado e percolação na fundação fraturada de uma barragem. Conclui-se que o código implementado fornece previsões muito boas do comportamento acoplado do meio fraturado e tem capacidade de simular corretamente a interação entre fraturas hidráulicas e naturais. Pode também verificar-se que o comportamento hidráulico dos modelos e a propagação e interseção de fraturas são muito influenciados por parâmetros tais como o diferencial de tensões in-situ, ângulo entre fraturas, a abertura hidráulica das fraturas e a condutividade transversal das faces da fratura. / [en] A large number of hydrocarbon reservoirs are naturally fractured. When subjected to hydraulic fracturing treatments, the natural fractures may influence the propagation of the hydraulic fracture, which can grow in a complicated manner creating complex fracture networks in the reservoir. In order to better understand and simulate such phenomena an element based on the eXtended Finite Element Method is proposed. The element formulation comprises fracture intersection and crossing, fracture frictional behaviour, fully coupled behaviour between displacements, pore and fracture fluid pressure, leak-off from the fracture to the surrounding medium and the eventual loss of pressure due to filter cake. The theoretical background and implementation aspects are presented. A set of analyses is performed in order to validate different features of the implemented element. Finally, the results of four practical applications are analysed and discussed: two laboratory hydraulic fracture tests, hydraulic fracture propagation in a multifractured synthetic model and percolation through a dam fractured foundation. It is concluded that the implemented code provides very good predictions of the coupled fluid-rock fracture behaviour and is capable of correctly simulating the interaction between hydraulic and natural fractures. Moreover, it is shown that the hydraulic behaviour of the models and the intersection between fractures are very sensible to parameters such as differential in-situ stresses, angle between fractures, initial hydraulic aperture and fracture face transversal conductivity.

[pt] O processo de revestimento por extrusão é muito usado na fabricação de produtos de alta tecnologia tais como circuitos flexíveis, telas LCD e OLED, dentre outros. A espessura do filme revestido depende da vazão de alimentação e da velocidade do substrato. O estudo do escoamento na região de aplicação é de muita importância, devido à influência que tem sobre a qualidade do filme revestido. A grande maioria dos trabalhos disponíveis na literatura consideram o líquido como um fluido Newtoniano. Porém, nos processos de revestimentos nas indústrias, os líquidos comumente usados são soluções poliméricas e suspensões de partículas. O efeito da presença de moléculas poliméricas dissolvidas no fluido de trabalho nos padrões de escoamento e consequentemente na janela de operação do processo foi estudado recentemente, contudo, o efeito de partículas suspensas no escoamento é ainda desconhecido. O objetivo deste trabalho é compreender melhor a influência da suspensão de partículas no padrão de escoamento que ocorre na região de aplicação de um filme fino de líquido sobre um substrato em movimento. A variação local da concentração de partículas no líquido pode levar a grande variações na viscosidade e consequentemente mudanças no escoamento e nos limites do processo. Neste estudo, considera-se a suspensão como um sistema formado por um fluido Newtoniano como a fase contínua e partículas esféricas rígidas como a fase dispersa. A equação de transporte de partículas engloba os efeitos de difusão de partículas devido a gradientes de concentração, viscosidade e taxa de deformação. As equações de transporte de partículas em conjunto com as equações de conservação de massa e quantidade de movimento são usadas para descrever o escoamento bidimensional com fronteiras livres. Estas equações são resolvidas aproximadamente pelo método de Galerkin/Elementos Finitos. A validação do código numérico foi feita comparando com resultados analíticos disponíveis para escoamento em tubos de seção circular. Os resultados obtidos para o escoamento no precesso de revestimento por extrusão mostram as regiões de maior e menor concentração de partículas e como esta variação altera o escoamento, e a variação da concentração ao longo da espessura do filme depositado. / [en] Slot coating process is commonly used in the manufacture of high technology products such as flexible circuits, LCD and OLED displays, among others. The thickness of the coated liquid film depends on the flow rate and substrate velocity. It is very important to study the flow in the coating bead region, because the flow pattern has a strong effect on the quality of the coated film. Most of the available studies on slot coating consider the fluid as a Newtonian liquid. However, coating liquids are usually polymer solutions or particle suspensions. The effect of dissolved polymer molecules in the flow has been analyzed recently. However, the effect of suspended particle remains unknown. The goal of this work is to develop a fundamental understanding of the effect of suspended particles in the flow pattern in a slot coating process. The local changes in particle concentration can lead to great changes in the local liquid viscosity and consequently in the flow and process limits. In this research, the particle suspension is a system composed by a Newtonian liquid as a continuous phase and rigid spherical particles as the dispersed phase. The particle transport equations takes into account the diffusion due to gradients of concentration, viscosity and deformation rates. The particle transport equation together with the mass and momentum conservation equations are used to describe the two-dimensional free surface flow. These equations are solved using the Galerkin/Finite element method. The numerical code was validated by comparing numerical prediction obtained in circular tube flow with the available exact solution. The results obtained in slot coating flow show regions of high and low concentration of particles and its effect of the flow, and the variation of particle concentration in the deposited thin film.

[pt] A Dissertação aqui apresentada descreve um acidente em um rotor de máquina de grande porte (compressor de ar) de uma fábrica de fertilizante cujas conseqüências foram perdas financeiras de alta monta tanto para a empresa quanto para o Estado, pela importância econômica onde a fábrica é situada. O objetivo da Dissertação foi simular matematicamente o acidente ocorrido e esclarecer o mesmo. Para se chegar ao diagnóstico do problema se modelou o rotor e o discretizou pelo Método de Elementos Finitos. As técnicas de investigação do problema e a sua seqüência de investigação podem ser tomadas como base em investigação de eventuais acidentes envolvendo rotores futuramente. O capítulo relativo a Análise Modal será extraído como base de apostila para curso envolvendo pessoal da área de Manutenção Mecânica. / [en] A problem related with an air compressor gave birth to the MSc Thesis. Problems related with rotative machines are usual in the industrial field. Difficulties come from the data gathering in order to analyze, and propose a theory of failure in order to explain and avoid the recurrence of such problem. Modelling a rotor with a Timoshenko beam element and the discretization by finite element method permit the dynamical analysis and the modal analysis of the rotor considering its interaction with the radial and thrust bearings (assuming stiffness and rigidity). The work is divided in seven chapters: chapter one introduces the work and gives the overview of it; chapter two describes the industrial problem; chapter three is a brief explanation of bearing types and the fundamental principle of lubrication; chapter four introduces vibration theory and modal analysis; chapter five introduces the finite element method; chapter six is the simulation of the problem, using tailor-made MATLABr programs to reconstruct the problem and to compare the test field results with the here mentioned formulation; chapter seven discusses the results and proposes future works. Appendix shows the kinetic theory and the beam deformation model used in the program and the Laval simple rotor as a limited description of the dynamic of a rotor with distributed mass, rigidity and stiffness. The aim of this work is to help understand and avoid the recurrence of the failure described and to easy the understanding of modal analysis for new engineers and technicians which will deal with rotor dynamics.

[pt] Mudanças das propriedades dos solos devido à ação de carregamentos dinâmicos são responsáveis por danos significativos em geo-estruturas, tais como: barragens, estruturas de concentração, fundações, taludes, etc. A ocorrência do fenômeno da liquefação, em materiais suscetíveis como areias fofas saturadas, representa um tipo de resposta desastrosa de solos. O termo liquefação tem sido empregado para descrever uma variedade de fenômenos no qual tem em comum o desenvolvimento de altas poropressões em materiais saturados sem coesão devido a carregamentos monotônicos , transientes ou ciclios. A previsão da liquefação depende de uma adequada análise do comportamento não-drenado do material, em termos do incremento de poropressões e da perda da rigidez da mistura sólido-fluido, durante e após o período de movimento. O estabelecimento das equações governantes é essencial para elaboração de um modelo matemático realista para descrever o comportamento físico deste fenômeno. As equações a srem consideradas são: equação de movimento da fase sólida, a equação do movimento da mistura sólido-fluido , a equação de continuidade da fase fluida, as equações de acoplamento das fases e as equações constitutivas desses materiais. Nesta tese a resposta dinâmica do solo foi investigada numericamente mediante a técnica dos elementos finitos. A discretização espacial das equações governantes foi feita através de método de Galerkin e a discretização temporal pelo método de Newmark Generalizado. Um modelo constitutivo elasto-plástico foi considerado para descrever o comportamento mecânico da fase sólida, desenvolvido a partir de conceitos da generealização da teoria da plasticidade, que apresenta algumas vantagens em relação aos outros modelos baseados na teoria da plasticidade clássica. A implementação computacional foi escrito em fortran 90. Exemplos numéricos analisados nesta tese comprovam tanto a eficiência do modelo constitutivo na predição do comportamento do solo sobre liquefação como a confiabilidade do programa computacional elaborado nesta pesquisa, em termos da rapidez de processamento e da boa precisão dos resultados, quando comparados com soluções analíticas e outros valores numéricos obtidos por vários autores e diferentes modelos constitutivos. / [en] Changes in soil properties due to the action of dynamic loads are responsible for significant damage of geo-structures such as dams, retaining structures,building foundations, slopes, etc. The occurrence of liquefaction phenomena in susceptible materials, such as loose saturated, represents a type of disastrous response of soil, the term liquefaction has been used to refer to a group of phenomena wich have in common the development of high pore pressures in saturated cohesionless mterial due to monotonic, transient, or cyclic loads. The prediction of soil liquefaction depends of an adequate analysis of the behavior of undrained materials, in terms of increase of pore water pressure and weakening of the solid-fluid mixture, during and after the periodic motion. The establishment of the governing equations is essential to provide a realistic mathematical model to describe the physical behavior of this phenomenon. The system of equations to be considered are: the equilibrium equation of the solid phase, the equilibrium equation of the solid-fluid mixture, the conservation mass of the fluid phase, the coupling equation of phases, and the conservation equations of materials. In this thesis the soil dynamic response was numerically investigated by the finite element method. To obtain the spatial discretization in time was the Generalized Newmark method. An elastic-plastic constitutive model was used to describe the mechanical behavior of the solid phase. This model was developed in the framework of the generalized theory of plasticity, wich has some advantages when compared with other models based on the classical plasticity theory. The computacional implementation was written in fortran 90. Numerical examples considered in this thesis demonstrate the efficiency of the constitutive model to simulated the predicted behavior of soil under liquefaction as well as the reliability of the software developed in this research, in terms of computational effort and good accuracy of the results, when compared with some analytical solutions and other numerical values obtained by various authors and different constitutive models.

[pt] Este trabalho apresenta a distribuição de tensões em uma dentina radicular restaurada com pinos intra-radiculares confeccionados de diferentes de materiais. Dois modelos bi- dimensionais de um incisivo central superior com paredes dentinárias radiculares de pouca espessura, incluindo seus elementos de suporte, foram criados com a ajuda do programa AutoCAD 2000. O Modelo 1 representou um dente despolpado, com obturação radicular de guta-percha e restaurado com um pino intra-radicular fundido e uma coroa de cerâmica pura. Este modelo foi utilizado para as análises de pinos de ouro e de zircônia. O Modelo 2 foi similar ao primeiro, porém adotou-se um pino cilíndrico centralizado na cavidade radicular e preenchido com resina composta, sendo utilizado para as análises de pinos pré-fabricados de fibra de vidro e fibra de carbono. A simulação numérica foi realizada pelo software ANSYS 7.0, sendo os modelos carregados com uma força de 100 N em angulações de 45o e 180o em relação ao eixo longitudinal do dente. Os resultados mostraram que, em todos os modelos, as tensões se concentraram na terminação apical do pino, indicando que esta é uma região critica da raiz, podendo a geometria do pino influenciar no risco de fratura da mesma. Nos pinos fundidos, caracterizados por uma maior rigidez elástica, as maiores tensões se concentraram no próprio pino, preservando a dentina radicular na sua porção média e cervical e, portanto, se mostrando mais eficientes no caso de raízes desgastadas. Já nos pinos pré-fabricados, observou-se uma distribuição de tensões de forma mais homogênea pelo dente e um menor nível de tensões no pino, preservando o material restaurador. Entretanto, a dentina radicular foi exposta a maiores carregamentos mecânicos. / [en] This work presents the stress distribution in a root dentin restored by means of endodontic posts made of different materials. Two 2-D models of a maxillary central incisor with thin dentin walls, including its support elements were created making use of AutoCAD 2000 software. Model 1 represented a pulpless tooth, filled with guta-percha and restored adopting a cast post and an all-ceramic crown. This model was used for the analysis of gold and zirconia posts. Model 2 was similar to the first one, but adopted a cylindrical post centralized in the root cavity and filled with composite resin. This model represented the prefabricated posts made of glass fiber and carbon fiber. The numerical simulation was carried out by the ANSYS 7.0 software and the models were loaded with 100 N applied at the angles of 45 degrees and 180 degrees with respect to the longitudinal tooth axis. The results showed that, in all models, the stresses were concentrated at the apical end of the posts, indicating that this region is a critical root region and that the post s geometry can influence its risk of fracture. With regard to the cast posts, characterized by a higher elastic stiffness, a greater stress level was concentrated at the post, preserving the root dentin at the medium and cervical regions and, therefore, being considered more efficient in the case of worn roots. The models based on glass fiber and carbon fiber showed a homogenous stress distribution along the tooth as well lower stress level at the post, preserving the restoring material. However, the root dentin was subjected to higher mechanical loading.

[pt] Neste trabalho apresenta-se uma metodologia pelo método dos elementos finitos para a análise estática-dinâmica bi-dimensional de linhas marítimas considerando-se o contato com o leito marinho. Para o cabo considera-se o elemento de dois nós do modelo de viga de Euler-Bernoulli com as grandezas estáticas e dinâmicas referidas a um sistema co- rotacionado. Considera-se a nãolinearidade geométrica associada ao movimento de corpo rígido da estrutura, supondo pequenas deformações. No movimento da linha, são consideradas as influências do peso próprio, empuxo, carregamentos hidrodinâmicos das correntes marinhas, deslocamentos prescritos no ponto superior da linha, forças de inercia e ação de flutuadores. Os efeitos sobre a linha associados ao contato com o fundo marinho são considerados empregando-se a técnica dos multiplicadores de Lagrange. Estes representam o carregamento (forças e momentos) requerido para garantir as restrições geométricas. No modelo não são considerados os efeitos das forças de atrito com o fundo marinho, cuja rigidez é considerada muito superior à do cabo. A matriz de rigidez usual do modelo de vigas é aumentada de forma a acomodar as novas incógnitas resultantes da imposição das condições de contato. Desta forma, condições de contato, separação repetidos (contato variável) e grandes movimentos relativos do cabo com o leito são contemplados pelo modelo. A solução das equações algébricas não-lineares, resultantes da integração temporal passo-a-passo de Newmark, é obtida com a técnica iterativa de Newton Raphson. A metodologia numérica foi implementada e resultados de alguns testes para situações da engenharia offshore são mostrados e comparados com os apresentados por outros autores independentes. / [en] In this work a finite element methodology for two- dimensional static and/or dynamic analysis of maritime risers including contact with the seabed is considered. The line is modeled by a two node beam element based on the Euler- Bernoulli theory with a co-rotational coordinate system, defined from the structure space coordinate nodes, to refer the element equilibrium and motion equations. Geometric non-linear effects are considered, all associated with rigid body motions from the structure, under small strain hypothesis. In the riser motion, the influences of its own weight, buoyancy forces, hydrodynamic loadings due to the maritime currents, the prescribed displacements at the top point line, the inertia forces and the floating action are considered. Effects on the line associated to the seabed contact are considered using Lagrange multipliers. They represent, the required loading (forces and moments) to ensure the cable geometric restrictions. In the model, friction forces effects on the seabed are not considered and the seabed stiffness is taken much greater than the riser s. The beam model stiffness matrix results into an increased matrix to accommodate the new model unknowns reactions, which are represented by the contact forces and moments. Similarly, conditions for variable contact and/or separation, as well as large relative motions between the flexible line and the seabed, are contemplated by the model. Solutions of the resulting nonlinear motion equations are obtained using Newmark s step-by-step time integration procedure with the Newton-Raphson iterative technique, for the numerical solution convergence. The methodology has been implemented and some representative offshore engineering testing analysis results are presented compared to other independently published solutions.

[pt] Emulsões podem ser usadas como agentes de controle de mobilidade em métodos de recuperação avançada de petróleo com o objetivo de obter uma varredura mais uniforme do reservatório. O uso e otimização desta técnica requer um perfeito entendimento do escoamento de emulsões através de meios porosos. O escoamento macroscópico é função direta do escoamento na escala do poro, na qual emulsões não podem ser tratadas como um fluido não Newtoniano monofásico, já que as gotas são de tamanho semelhante às gargantas dos poros. Na escala microscópica, o escoamento de emulsões deve ser modelado como um escoamento bifásico incluindo efeitos capilares. Para determinar o efeito da tensão interfacial, razão de viscosidades, tamanho de gota e geometria do tubo capilar na relaçãao vazão - diferença de pressão do escoamento, um método do tipo Level Set, incluindo forças de tensão interfacial, foi desenvolvido e incorporado a um programa para solução implícita da equação de Navier - Stokes transiente baseado no método de elementos finitos. Os resultados mostram que o controle de mobilidade é obtido através de dois mecanismos. O primeiro é baseado na simples substituição de um líquido menos viscoso por outro mais viscoso; e o outro baseado as forças capilares associadas a deformação da gota durante a sua passagem pela garganta do capilar. Os resultados podem ser usados na construção de um modelo constitutivo na escala de poro que será incorporado em um modelo de rede de capilares que está sendo desenvolvido para o estudo de escoamento de emulsões através demeios porosos. / [en] Emulsion can be used as a mobility control agent in enhanced oil recovery methods in order to achieve a more efficient sweep of the reservoir. The application of such technique requires full understanding of how emulsions flow in a porous material. The macroscopic flow behavior can be determined based on the pore scale flow, at which emulsions cannot be treated as a single phase non Newtonian liquid, since the drop diameters are in the same order of magnitude of the pore throats. In the pore scale, emulsion flow needs to be studied as a two phase flow including capillary effects. In order to determine the effect of interfacial tension, viscosity ratio, drop size and capillary geometry in the pressure drop of the flow of a single oil drop immersed in water through a straight and constricted capillary, a Level Set type method including surface tension forces was incorporated to a fully coupled implicit Navier - Stokes solver using finite element method. The results clearly show that mobility control is achieved by two different mechanisms. One based on the simple substitution of a low viscosity by a high viscosity liquid and the other based on the capillary forces associated with the drop deformation as it flows through the constriction. The results can be used to construct a pore level model that will be incorporated in a capillary network model to study flow of emulsions through porous media.

[pt] Mecânica da fratura pode ser entendida como a área da ciência que estuda a propagação de fissuras, trincas, fendas e demais falhas a partir de processos mecânicos que venham afetar negativamente a resistência do material. Tradicionalmente, os conceitos em que a resistência dos materiais se baseiam não levam em conta a tenacidade à fratura do material, a qual pode ser definida como a propriedade que quantifica a resistência à propagação da trinca. A essência destes estudos pode ser aplicada em qualquer tipo de material, como por exemplo na área médica ao se estudar o comportamento da fratura óssea. Esse tipo de fratura geralmente surge através de traumas de alta energia. O osso, em condições normais, possui a habilidade de suportar cargas e absorver essa energia. Porém, caso haja um grande nível de energia associado ao trauma o osso não consegue suportar e acaba sofrendo uma fratura. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver uma análise numérica em microescala de um fraturamento ósseo utilizando o Método dos Elementos Finitos Estendido (XFEM), a partir da simulação em 2D do mecanismo de início e propagação de trincas da ponta de uma fratura inicial em uma unidade do osso compacto chamada ósteon, que é delimitado pela camada cimentícia, uma zona pobre em colágeno tipo 1. Dessa forma, foi possível compreender que a camada cimentícia desempenha um papel de contenção, permitindo maiores deformações antes do rompimento na propagação da fratura em microescala, além disso, também foi verificado que ósteons na posição transversal possui a maior rigidez, enquanto na posição longitudinal tem-se os modelos mais dúcteis, devido a influência do canal de Haver. / [en] Fracture mechanics can be understood as the area of science that studies the propagation of fractures, cracks, slits, and other flaws from mechanical processes that may negatively affect the strength of the material. Traditionally, the concepts on which the strength of the materials are based do not consider the toughness to fracture of the material, which can be defined as the property that quantifies the resistance to crack propagation. The essence of these studies can be applied to any type of material, such as in the medical field when studying the behavior of bone fractures. This type of fracture usually arises through high-energy trauma. Bone, under normal conditions, can support loads and absorb this energy. However, if there is a high level of energy associated with the trauma, the bone cannot support it and ends up suffering a fracture. This paper aims to develop a numerical microscale analysis of a bone fracture using the Extended Finite Element Method (XFEM). This dissertation studies two-dimensional simulations of the initiation and propagation mechanisms of an initial fracture in a compact bone unit called the osteon, which is bounded by the cement line, a zone that is low in type 1 collagen. In this way, it was possible to understand that the cement layer plays a role of containment, allowing greater deformations before rupture in the propagation of the microscale fracture, in addition, it was also verified that osteons in the transverse position have the greatest rigidity, while in the longitudinal position they have the most ductile models were found, due to the influence of the Haver channel.