O trabalho trata da formulação e implementação numérica de modelos matemáticos do comportamento de estruturas considerando-se as não-linearidades física e geométrica. O equilíbrio na posição deslocada é formulado via Princípio dos Trabalhos Virtuais, empregando-se o método dos elementos finitos para a discretização espacial das estruturas e busca de soluções aproximadas. Inicialmente destaca-se com base no caso de treliças planas o emprego de medidas de deformação e tensão conjugadas energeticamente. Particularizando-se a formulação geral do equilíbrio para os pórticos planos apresenta-se uma análise crítica das formulações lagrangiana total e atualizada. Em seguida, tendo-se em vista aplicações às estruturas em concreto armado, aborda-se o comportamento não-linear físico pela mecânica do dano em meios contínuos, empregando-se os modelos de dano para o concreto propostos por Mazars e La Borderie. Estendem-se os estudos do comportamento estrutural não-linear físico (dano) e geométrico incorporando-se a análise dinâmica. Utiliza-se para integração no domínio do tempo o método implícito de Newmark combinado com o procedimento incremental e iterativo de Newton-Raphson. O amortecimento é levado em conta por meio da regra de Rayleigh. Exemplos consistindo de análises não lineares estática e dinâmica de estruturas reticulares planas compõem numéricas. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e as potencialidades das formulações empregadas. / The formulation and numerical implementation of mathematical models of the structural behavior of plane frames considering material and geometrical nonlinearities are treated in this work. The Principle of Virtual Work is presented in order to characterize the equilibrium in the displaced position. The structure is discretized by the finite element method. Plane trusses analysis is performed in order to show how important it is to take into account the strain and stress tensors energetically conjugated. Being particularized, the general equilibrium formulation for the plane frames a critical analysis of the total and updated lagrangian formulations is presented. The material nonlinear behavior is modeled by continuum damage mechanics by using both Mazars and La Boderie\'s damage models. The nonlinear analysis is extended including the dynamic response of the reinforced concrete plane frames. The usual iterative Newton-Raphson technique is used combined with implicit Newmark method in order to carry out the integration at time. The damping is introduced by means of the Rayleigh\'s rule. Numerical analysis by a suitable computer program show the theoretical results considering static and dynamic response of plane frames.

Essa tese tem o objetivo modelar um subconjunto de peças de um compressor hermético de refrigeração idealizado utilizando um programa de elementos finitos para estudar a pressão de contato na junta da placa de válvulas com e sem pressão de gás refrigerante. Nessa pesquisa também se faz a modelagem dinâmica da bomba de um compressor acadêmico com vistas a estudar a vibração gerada durante seu funcionamento. No estudo da junta de vedação se faz um modelo geométrico do conjunto cabeçote e juntas com um programa CAD. A partir da geometria do subconjunto um modelo físico é construído no ANSYS®, que leva em consideração as diferentes propriedades dos materiais do conjunto cabeçote e juntas, inclusive a não linearidade do material da junta. São feitas simulações aplicando diferentes valores de força normal nos parafusos do cabeçote. No estudo de vibração do compressor faz-se o modelo de CAD da bomba de onde se obtém seu peso e propriedades de inércia. A matriz de rigidez do sistema de suspensão da bomba é calculada e se faz a análise modal da bomba. Os resultados das análises de pressão de contato foram mostrados através de gráficos da normal closure e da normal pressure da junta. Eles indicam de forma clara as regiões de baixa pressão de contato aplicada pelas peças que estão ou deveriam estar comprimindo a junta de vedação, que seriam regiões de falhas. Na análise dinâmica da bomba do compressor, é calculada a matriz de rigidez total do sistema com as molas de suspensão, levando em consideração a rigidez compressiva, de flexão e cisalhante das molas. Com a solução do modelo dinâmico criado, calcula-se a matriz dinâmica, a matriz modal normalizada, a matriz de frequências características, o deslocamento <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; da bomba e também as energias cinética e potencial da bomba devido às forças de agitação. O modelo de elementos finitos da junta da placa de válvulas tem resultados coerentes e o modelo dinâmico da bomba fornece vários resultados para a análise de vibração de compressores. / This thesis has as objective to model a subset of parts of an idealized hermetic compressor for refrigeration using a program of finite elements intended to study the contact pressure on the valve plate gasket with and without pressure from the refrigerant gas. In this research a dynamic modelling of an academic compressor pump is also made with the aim of studying the vibration generated during its functioning. In the study of the sealing gasket, a geometric model of the cylinder head and gasket assembly is made by using a CAD program. From the geometric of the subset a physical model is built on the ANSYS®, which takes into account the different properties of the cylinder head and gasket assembly materials, including the non-linearity of the gasket material. Simulations are made by applying different normal force values on the cylinder head screws. In the compressor vibration study, a CAD pump model is made, thus obtaining its weight and inertia properties. The stiffness matrix of the pump suspension system is calculated and a modal analysis of the pump is made. The results from the contact pressure analyses were shown through \"normal closure\" and \"normal pressure\" charts of the gasket. They show in clear form the low contact pressure regions applied by the parts that are or should be compressing the sealing gasket, which would the regions of failures. In the dynamic analysis of the compressor pump, the total stiffness matrix of the system is calculated with the suspension springs, taking into account the compressive, flexural and shearing rigidities of the springs. With the solution of the dynamic model created, the following are calculated: the dynamic matrix, the normalized modal matrix, the characteristics frequency matrix, the <span style=\"font-style:italic\">X <span style=\"position: relative; bottom: 1.3ex; letter-spacing: -1.2ex; right: 1.2ex\">&#8594; displacement from the pump, as well as the kinetic and potential energy of the pump due to shaking forces. The finite elements model of the valve plate gasket has coherent results and the dynamic model of the pump provides various results for the analysis of the compressor vibration.

O Concreto Leve Estrutural com Pérolas de EPS (CLEPE), ou simplesmente Concreto com EPS, é uma alternativa na execução de lajes maciças. Como possui uma redução da ordem de 50% no peso próprio em relação ao Concreto Convencional (CC), suas características dinâmicas são diferentes. Neste trabalho descreve-se o comportamento dinâmico de lajes de CLEPE que são comparadas com as de CC por meio de ensaios dinâmicos e uma análise paramétrica. Nos ensaios dinâmicos focou-se a obtenção de três fatores imprescindíveis em uma análise dinâmica, que são as frequências naturais, os modos de vibração (deformadas modais) e o amortecimento estrutural, valor determinado experimentalmente que constitui dado de entrada em simulações numéricas. Os resultados experimentais indicam que o fator de amortecimento do CLEPE é ligeiramente maior que o do CC. Já os resultados da análise paramétrica revelam que a diminuição da rigidez é preponderante em relação à diminuição da massa do CLEPE, o que acarreta na diminuição das frequências naturais das lajes com este material. Mesmo com um amortecimento maior, as lajes de CLEPE apresentam maior sensibilidade às vibrações. Esta constatação, entretanto, não exclui o CLEPE como um material estrutural, apenas indica que, como no uso de qualquer material, as estruturas com CLEPE também devem ser verificadas com relação ao comportamento dinâmico. / The Structural Lightweight Concrete with EPS Beads (SLCEB), or simply EPS concrete, is an alternative in the execution of massive slabs. As it has a reduction in the order of 50% in self-weight in relation to the Ordinary Concrete (OC), its dynamic characteristics are different. In this work it is described the dynamic behavior of SLCEB slabs whose are compared with those of OC by means of dynamic tests and a parametric analysis. The obtainment of three essential factors in a dynamic analysis, which are natural frequencies, the ways of vibration (deformed modal), and the structural damping, experimentally determinate value which constitutes an input data in numerical simulations are focused in the dynamical tests. The experimental results indicate that the damping factor of SLCEB is a little bigger than the OC ones. Although, the results of the parametric analysis indicate that the decrease of stiffness is preponderant in relation to the decrease of the SLCEB mass, which result in some decrease of natural frequencies of slabs with this material. In despite of having a bigger damping, the SLCEB slabs expose a bigger sensibility to vibrations. However, this observation does not exclude the SLCEB as a structural material. It only means that as in use of any material, the SLCEB structures must be also verified in relation to the dynamic behavior.

Em próteses sobre implantes, o recobrimento oclusal com materiais pouco rígidos como os acrílicos, é por vezes utilizado por supostamente reduzir a carga transmitida ao osso, entretanto não existe um consenso na literatura sobre a sua efetividade. O objetivo deste trabalho foi comparar, por análise fotoelástica e dinâmica, a transmissão de forças após a ação de cargas sobre próteses unitárias sobre implantes em função dos materiais protéticos. Confeccionou-se um modelo em resina fotoelástica com anatomia semelhante à região de pré-molares inferiores, contendo um implante de hexágono interno de 3,75 x 11,5 mm. Foram elaboradas três tipos de próteses em materiais com rigidez decrescente: 1- Metálica (alta rigidez); 2- Resina composta (rigidez moderada), 3- Com um disco de EVA interposto com h=2,5 mm (baixa rigidez). Por meio de um polariscópio circular, observou-se qualitativamente a tensão gerada no modelo durante a aplicação de forças axiais de 100 N, em regime compressivo, sobre cada tipo de prótese. Para a análise dinâmica, realizou-se um modelamento físico de cada um dos três sistemas implante-prótese com modelos de Voigt. A partir daí, uma representação matemática dos sistemas foi deduzida e resolvida, levando em consideração as propriedades mecânicas dos diferentes materiais testados, como o módulo de elasticidade (E), o coeficiente elástico (k) e a constante de amortecimento (c). Para representar uma carga mastigatória fisiológica, foi aplicado um pulso de força senoidal com duração de 0,25 s e intensidade máxima de 100 N, segundo a expressão ()) 8 cos( . 50 50 t t f &#960; &#8722;=. Observou-se na análise fotoelástica que após a aplicação de 100N, surgiram tensões na região apical e na cervical dos implantes, com intensidade e localização similares entre os três tipos de prótese. A análise dinâmica mostrou que a força de 100N aplicada na prótese é totalmente transmitida ao implante instantaneamente. Os resultados das análises concordam entre si e mostram que não é possível amortecer as forças mastigatórias por meio dos materiais oclusais. / Less rigid oclusal materials such as acrylic resins are often used in prosthesis over implants because they are supposed to diminish the loads transferred to the bone; however there is no scientific evidence to support this theory. The objective of this work was to compare by photoelastic and dynamic analysis the load transfer after oclusal loads over single prosthesis over implants, varying the oclusal materials. A photoelastic model was created, with an anatomy similar to an inferior premolar region. An internal hexagon implant (3,75 x 11,5 mm) was put in this model. Three different types of prosthesis were constructed with decrescent stiffness: 1- Metallic (higher stiffness); 2- Composite resin (moderate stiffness); 3- With an EVA disc interposed (fewer stiffness). By means of a circular polariscope, the stress generated in the model with a compressive axial load of 100 N, was observed for each prosthesis. For the dynamic analysis, a physical modeling of each implant-prosthesis was carried out with Voigt models. After that, a mathematical representation of the systems was deduced and solved, taking into account the mechanic properties of the different materials, like the elastic modulus (E), the elastic coefficient (k) and the damping constant (c). To represent a physiologic masticatory load, a senoidal force was applied, during 0,25 s and maximum load of 100 N, by the expression ()) 8 cos( . 50 50 t t f &#960; &#8722;=. With the photoelastic analysis, it was observed that stresses were generated at the apical and cervical regions of implants, with similar intensity and patterns between the three types of prosthesis. The dynamic analysis, showed that the loads applied over the prosthesis are transferred to the implant instantaneously. The results of both anaylis are in agreement that it is not possible to damp masticatory loads by means of occlusal materials.

A radiação ionizante de fontes de radiação gama ou geradores de raios-x é frequentemente utilizada na ciência médica, como em exames de radiodiagnóstico, radioterapia e esterilização de aloenxertos. A radiação ionizante é capaz de quebrar cadeias polipeptidicas e provocar a libertação de radicais livres, pela radiólise de moléculas de água. A radiação ionizante interage também com o material orgânico a nível molecular, podendo alterar as suas propriedades mecânicas. No caso específico do tecido ósseo, estudos reportam que a radiação ionizante induz alterações nas moléculas de colágeno e reduzem a densidade de ligações cruzadas intermoleculares. O objetivo deste estudo foi verificar as alterações promovidas por diferentes doses de radiação ionizante no tecido ósseo utilizando a técnica de Espectroscopia Transformada de Fourier com Reflexão Total Atenuada (ATR-FTIR), e também a análise dinâmico-mecânica. Amostras de osso bovino foram irradiadas usando irradiador de Cobalto-60, com cinco doses diferentes: 0,01 kGy, 0,1 kGy, 1 kGy, 15 kGy e 75 kGy. Para estudar os efeitos da radiação ionizante sobre a estrutura química do osso foram avaliadas a relação material orgânico por material inorgânico, a relação de sub-bandas de amida I e o índice de cristalinidade. As alterações mecânicas foram determinadas por meio do módulo de elasticidade e do valor do amortecimento. Para verificar se as mudanças químicas e as características mecânicas de osso possuem alguma relação, realizou-se um estudo sobre a correlação entre as análises feitas com os dados espectroscópicos e as análises mecânicas. Foi possível avaliar os efeitos de diferentes doses de radiação ionizante no tecido ósseo. Com a análise por espectroscopia ATR-FTIR, foi possível observar as modificações dos componentes orgânicos e na organização cristais de hidroxiapatita. Também foram observadas alterações no módulo elástico e na tangente de delta (dissipação de energia mecânica). Foram encontradas altas correlações com significância estatística entre a relação das bandas (amida III + colágeno)/v1,v3, PO43- com a tangente de delta, e entre a relação 1/FHMW e o módulo elástico. / Ionizing radiation from gamma radiation sources or X-ray generators is frequently used in Medical Science, such as radiodiagnostic exams, radiotherapy, and sterilization of haloenxerts. Ionizing radiation is capable of breaking polypeptidic chains and causing the release of free radicals by radiolisys.of water. It interacts also with organic material at the molecular level, and it may change its mechanical properties. In the specific case of bone tissue, studies report that ionizing radiation induces changes in collagen molecules and reduces the density of intermolecular crosslinks. The aim of this study was to verify the changes promoted by different doses of ionizing radiation in bone tissue using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and dynamic mechanical analysis (DMA). Samples of bovine bone were irradiated using Cobalt-60 with five different doses: 0.01 kGy, 0.1 kGy, 1 kGy, 15 kGy and 75 kGy. To study the effects of ionizing irradiation on the chemical structure of the bone, the sub-bands of amide I, the crystallinity index and relation of organic and inorganic materials, were studied. The mechanical changes were evaluated using the elastic modulus and the damping value. To verify whether the chemical changes and the mechanical characteristics of the bone were correlated, the relation between the analysis made with spectroscopic data and the mechanical analysis data was studied. It was possible to evaluate the effects of different doses of ionizing radiation in bone tissue. With ATR-FTIR spectroscopy, it was possible to observe changes in the organic components and in the hidroxyapatite crystals organization. Changes were also observed in the elastic modulus and in the damping value. High correlation with statistical significance was observed among (amide III + collagen)/v1,v3, PO43- and the delta tangent, and among 1/FHWM and the elastic modulus.

The main purpose of this work is to model dynamically the latero-torsional response of the structure of a landing gear using identification techniques. The emphasis is placed on identifying this motion on aircraft twin-wheeled telescopic main landing gears. Between the many possible model structures, a linear polynomial ARX and ARMAX model structures and a state space model structure were adopted, all of them discrete models. Structures of the Output-Error (OE) e Box-Jenkins (BJ) type were also analysed but were discarted. The coefficients of the ARX model are obtained through least square techniques and the ones for the ARMAX by using the extended least square estimator. The ones for the state space model are obtained through subspace projection techniques for obtaining the states e also by least square for obtaining the dynamic matrices. The system dynamical equations are developed for a better understanding of the physical problem. The landing gear lateral and torsional structural deflections, wheels rotations and tire angular slip are considered as degrees of freedom of the model. The problem physics and correlation analysis was used for obtaining the polynomial model and state space model order and input delay respectively. For the ARX and ARMAX models, it is proposed an order reduction and obtention of a second order model. Using the transfer function obtained from this model it is possible to find the frequency and damping of the landing gear modes. For the state space model, through the obtention of the dynamical matrix and its eigenvalues it is possible to find the frequency and damping of the landing gear modes. The results obtained through these techniques are compared.

A radiação ionizante de fontes de radiação gama ou geradores de raios-x é frequentemente utilizada na ciência médica, como em exames de radiodiagnóstico, radioterapia e esterilização de aloenxertos. A radiação ionizante é capaz de quebrar cadeias polipeptidicas e provocar a libertação de radicais livres, pela radiólise de moléculas de água. A radiação ionizante interage também com o material orgânico a nível molecular, podendo alterar as suas propriedades mecânicas. No caso específico do tecido ósseo, estudos reportam que a radiação ionizante induz alterações nas moléculas de colágeno e reduzem a densidade de ligações cruzadas intermoleculares. O objetivo deste estudo foi verificar as alterações promovidas por diferentes doses de radiação ionizante no tecido ósseo utilizando a técnica de Espectroscopia Transformada de Fourier com Reflexão Total Atenuada (ATR-FTIR), e também a análise dinâmico-mecânica. Amostras de osso bovino foram irradiadas usando irradiador de Cobalto-60, com cinco doses diferentes: 0,01 kGy, 0,1 kGy, 1 kGy, 15 kGy e 75 kGy. Para estudar os efeitos da radiação ionizante sobre a estrutura química do osso foram avaliadas a relação material orgânico por material inorgânico, a relação de sub-bandas de amida I e o índice de cristalinidade. As alterações mecânicas foram determinadas por meio do módulo de elasticidade e do valor do amortecimento. Para verificar se as mudanças químicas e as características mecânicas de osso possuem alguma relação, realizou-se um estudo sobre a correlação entre as análises feitas com os dados espectroscópicos e as análises mecânicas. Foi possível avaliar os efeitos de diferentes doses de radiação ionizante no tecido ósseo. Com a análise por espectroscopia ATR-FTIR, foi possível observar as modificações dos componentes orgânicos e na organização cristais de hidroxiapatita. Também foram observadas alterações no módulo elástico e na tangente de delta (dissipação de energia mecânica). Foram encontradas altas correlações com significância estatística entre a relação das bandas (amida III + colágeno)/v1,v3, PO43- com a tangente de delta, e entre a relação 1/FHMW e o módulo elástico. / Ionizing radiation from gamma radiation sources or X-ray generators is frequently used in Medical Science, such as radiodiagnostic exams, radiotherapy, and sterilization of haloenxerts. Ionizing radiation is capable of breaking polypeptidic chains and causing the release of free radicals by radiolisys.of water. It interacts also with organic material at the molecular level, and it may change its mechanical properties. In the specific case of bone tissue, studies report that ionizing radiation induces changes in collagen molecules and reduces the density of intermolecular crosslinks. The aim of this study was to verify the changes promoted by different doses of ionizing radiation in bone tissue using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and dynamic mechanical analysis (DMA). Samples of bovine bone were irradiated using Cobalt-60 with five different doses: 0.01 kGy, 0.1 kGy, 1 kGy, 15 kGy and 75 kGy. To study the effects of ionizing irradiation on the chemical structure of the bone, the sub-bands of amide I, the crystallinity index and relation of organic and inorganic materials, were studied. The mechanical changes were evaluated using the elastic modulus and the damping value. To verify whether the chemical changes and the mechanical characteristics of the bone were correlated, the relation between the analysis made with spectroscopic data and the mechanical analysis data was studied. It was possible to evaluate the effects of different doses of ionizing radiation in bone tissue. With ATR-FTIR spectroscopy, it was possible to observe changes in the organic components and in the hidroxyapatite crystals organization. Changes were also observed in the elastic modulus and in the damping value. High correlation with statistical significance was observed among (amide III + collagen)/v1,v3, PO43- and the delta tangent, and among 1/FHWM and the elastic modulus.

O objetivo do trabalho é investigar como as condições biomecânicas de portadores de Osteoartrite (OA) de joelho afetam a capacidade de realizar atividades de vida diária. Participaram desse estudo 39 indivíduos, sendo 18 indivíduos com OA de joelho bilateral grau 3, na escala Kellgren Lawrence, e 21 indivíduos saudáveis. Foram utilizadas duas plataformas de força (AMTI) para registrar a Força de Reação do Solo, cinco câmeras (Sistema Vicon) para registrar as variações angulares das articulações do quadril, joelho e tornozelo, nos planos sagital e frontal, e cinco sensores de eletromiografia wireless (Sistema Noraxon) para registrar as atividades dos músculos reto femoris (RF), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA) e gastrocnemius lateralis (GL) no segmento dominante (segmento D) dos sujeitos do grupo controle e no segmento com maior gravidade de lesão nos indivíduos com OA (segmento OA). Também foram calculados por meio de dinâmica inversa os momentos articulares nos planos sagital e frontal. Três atividades de vida diária foram investigadas, a marcha, o levantar e sentar em uma cadeira e o descer de um degrau de 20cm. Nos resultados, foi observada uma menor variação angular de forma geral nas articulações do quadril e joelho. Não foi observada diferença nas cargas mecânicas aplicadas ao aparelho locomotor. Nas três atividades cotidianas, os indivíduos com OA apresentaram adução no quadril e abdução no joelho, que denota um alinhamento em valgo durante a execução das tarefas. Poucas diferenças foram observadas nos momentos articulares flexores e extensores, nas três atividades de vida diária investigadas. No levantar e sentar menores momentos extensores foram observados no joelho durante as duas fases do movimento. Nos momentos adutores, poucas diferenças foram observadas na marcha. No levantar e sentar, o segmento OA não apresentou momentos adutores de joelho maiores que nos outros segmentos. No descer degrau, o segmento CL apresentou maior momento adutor que o segmento OA e D. De forma geral, as diferenças na ativação muscular indicam maior intensidade de ativação no grupo controle. O músculo VL nas três atividades apresentou intensidade de ativação menor nos indivíduos com OA. Observou-se maior co-ativação na marcha e no descer degrau, mas não no levantar e sentar. Na marcha a maior co-ativação ocorreu nas três articulações. No descer degrau, ocorreu no quadril e no joelho. Nas três atividades, maior co-contração foi observada e principalmente no joelho. Conclui-se que as alterações na técnica de movimento mostram-se tarefa dependente. As alterações na execução do movimento no plano sagital não foram suficientes para afetar o controle das cargas mecânicas, na marcha e no descer degrau. Apenas na tarefa de levantar e sentar surgiu algum indicio de que a eficiência seria pior. O alinhamento no joelho e os momentos adutores não sugerem maior magnitude de força no compartimento medial do joelho. Aparentemente, as características temporais sejam mais sensíveis à presença da OA no joelho do que a intensidade de ativação / The aim of this study is to investigate the biomechanical characteristics of patients with knee osteoarthritis (OA) and hoe it affects the ability to perform daily living activities. Thirty nine subjects participated in this study, 18 subjects with bilateral knee OA grade 3 Kellgren Lawrence scale) and 21 healthy individuals. Two force platforms (AMTI) were used to register the Grourd Reaction Force (GRF). Five cameras (System Vicon) were used to register the angular variations of the hip, knee and ankle in the sagittal and frontal planes. Five electromyographic electrodes (Noraxon System) were used to record the activities of the rectus femoris (RF), vastus lateralis (VL), biceps femoris (BF), tibialis anterior (TA) and gastrocnemius lateralis (GL) in the dominant segment (D segment) on control group and the segment with greater severity of injury in individuals with OA (OA segment). Inverse dynamics was used to calculate joint moments sagittal and frontal planes. Three daily living activities were investigated, the gait, the Sit-to stand and Stand-to-sit and Stepping down from a 20cm height step. In results, there was a smaller angular variation in hip and knee joints. No difference was observed in the mechanical loads applied to the locomotor system. In the three daily activities, people with knee OA showed hip adduction and knee abduction, in the three daily activities, which suggests an alignment valgus in the knee. Few differences were observed in joint moments in the three daily living activities. In sit-to-stand and stand-to-sit lower peak extensor moments were observed in the knee. Few differences were observed in adductor moments in gait. In sit-to-stand and stand-to-sit, no difference was observed in knee adductor moments. In stepping down, the CL segment showed greater adductor moment than OA segment and D. In general, differences in muscle activation indicate greater activation intensity in the control group. The VL muscle showed lower activation intensity in individuals with OA in all three activities. A higher co-activation was observed in gait and in stepping down, but not in sit-to-stand and stand-to-sit. In gait the higher co-activation occurred subjects with knee OA in the three joints. In stepping down, higher co-activation occurred in the hip and knee. In the three activities, greater co-contraction was observed and especially in the knee. It can be concluded that changes in movement technique appears to be task dependent. Changes in movement technique in the sagittal plane were not enough to affect the control of the mechanical loads on gait and stepping down movements. Only in sit-to-stand and stand-to-sit some indication of worse efficiency to perform the task was observed. Knee alignment and knee adductor moments do not suggest greater magnitude of force in the medial compartment of the knee. Apparently, the temporal characteristics of muscle activity are more sensitive to the presence of knee OA than the intensity of activation

Este trabalho apresenta o estudo dos efeitos dinâmicos de duas pontes ferroviárias para trens de carga pesada e trens de alta velocidade considerando a interação veículo-estrutura. O estudo centrou-se principalmente no desenvolvimento de uma metodologia iterativa para a simulação do fenômeno de interação. Em seguida, a metodologia desenvolvida foi utilizada para analisar a ponte Suaçuí (Brasil) e a ponte Antuã (Portugal), e para realizar um estudo paramétrico para avaliar o comportamento não linear da interface via-estrutura de algumas tipologias de pontes ferroviárias. A fim de entender os princípios básicos que governam a resposta dinâmica do sistema veículo-estrutura, foi realizada uma revisão das formulações analíticas e os conceitos básicos de interação veículo-estrutura. A partir das formulações analíticas desenvolveu-se uma metodologia para a resolução de problemas dinâmicos de interação, aproveitando as ferramentas de modelagem do programa ABAQUS por meio do programa MATLAB. A validação do aplicativo foi realizada comparando as respostas de exemplos simples analisados com programas de referência. A principal vantagem desta metodologia é a flexibilidade na seleção dos métodos de resolução do problema dinâmico, permitindo inclusive a incorporação de não linearidades tanto no modelo do veículo quanto da ponte. Utilizando a capacidade de simulação do aplicativo para problemas não lineares foi realizado um estudo paramétrico para verificar os parâmetros que mais influenciam no comportamento não linear da interface via-estrutura e uma aplicação prática para avaliar o desempenho de algumas tipologias de pontes ferroviárias. Para a análise dinâmica da ponte Suaçuí e Antuã desenvolveram-se modelos numéricos tridimensionais de elementos finitos no programa ABAQUS. As propriedades dos materiais das pontes, assim como as propriedades dinâmicas dos veículos foram determinadas a partir de técnicas de calibração numéricas, experimentais e da literatura. A calibração dos modelos numéricos foi realizada utilizando metodologias iterativas baseadas em técnicas de otimização, tais como os algoritmos genéticos. Na falta de dados experimentais das irregularidades, estas foram geradas a partir de funções de densidade espectral de potência. A validação dos modelos numéricos da ponte envolveu a comparação dos resultados numéricos, obtidos da análise de interação, e os resultados experimentais, encontrados nos ensaios dinâmicos sob ação de tráfego. Os resultados da comparação mostraram que os modelos numéricos conseguem reproduzir com boa aproximação as respostas medidas experimentalmente. Finalmente, são realizadas simulações das pontes sob ação de tráfego para diferentes velocidades de circulação dos veículos, a fim de verificar a segurança estrutural da ponte e da via, além do conforto dos passageiros. / This research presents the study of the dynamic effects of two railway bridges for heavy axle load trains and high speed trains considering the vehicle-structure interaction. The study was mainly focused on the development of an iterative method for simulating the interaction phenomenon. The developed methodology was used to investigate the Suaçuí railway bridge (Brazil) and the Antuã railway bridge (Portugal), and to carry out a parametric study to evaluate the non-linear behavior of the trackstructure interface of some typologies of railway bridges. In order to understand the basic principles that govern the dynamic response of the vehicle-structure system, a review of the analytical formulations and the basics of the vehicle-structure interaction were performed. Based on the analytical formulations a methodology for solving dynamic interaction problems was developed, taking advantage of modeling tools of the ABAQUS software managed from MATLAB. The validation of the methodology was carried out by comparing responses of simple examples analyzed with reference programs. The main advantage of this methodology is the flexibility in the selection of the methods for solving the dynamic problem, even allowing the incorporation of nonlinearities in the vehicle and bridge model. Using the capability of the developed program for modeling nonlinear problems it was carried out a parametric study to determine the parameters that influence in the non-linear behavior of the track-structure interface and a practical application to evaluate the performance of some typologies of railway bridges. For dynamic analysis of the Suaçuí and Antuã railway bridge threedimensional numerical finite element models in ABAQUS program were developed. Material properties of the bridges, as well as the dynamic properties of the vehicles were determined through numerical and experimental calibration techniques and from the literature. The calibration of numerical models was performed using iterative methodologies based on optimization techniques, such as genetic algorithms. In absence of experimental data irregularities of the Suaçuí bridge, these were generated using spectral density functions. The validation of numerical models of the bridges involved the comparison of numerical results obtained from the interaction analysis with experimental results obtained from dynamic tests under traffic loads. The results of comparison showed that the numerical models were capable to reproduce with good accuracy the responses experimentally measured. Finally simulations of the bridges under traffic loads were performed for different vehicle speeds in order to evaluate the structural and track safety and passenger comfort.

O presente trabalho otimizou os parâmetros concentrados do sistema de suspensão de um modelo de veículo completo, representando um automóvel de passeio que trafega a uma velocidade constante por um determinado perfil de pista previsto na norma ISO 8608, 1995, através da utilização de um algoritmo meta-heurístico de otimização multiobjetivo. Duas rotinas numérico-computacionais foram desenvolvidas, visando realizar tal otimização tanto no domínio do tempo quanto no domínio da frequência. A utilização de algoritmos meta-heurísticos vem ganhando espaço na otimização de sistemas mecânicos, proporcionando rapidez e precisão na obtenção de resultados ótimos. Ao se combinar um algoritmo de otimização a um modelo que represente satisfatoriamente um sistema mecânico, obtém-se uma ferramenta indicadora dos parâmetros de máxima eficiência do sistema, que pode ser utilizada em inúmeras aplicações. Pretendeu-se, com a integração de rotinas de análise dinâmica nos domínios do tempo e da frequência ao algoritmo genético de otimização multiobjetivo NSGA-II, desenvolvido por Deb et al., 2002, a obtenção de duas fronteiras ótimas de Pareto. Estas fronteiras consistem no conjunto de soluções não dominadas que minimizam as seguintes funções objetivo: o valor RMS ponderado da aceleração vertical do assento do motorista, o valor RMS da média do fator de amplificação dinâmica das quatro rodas do modelo e o máximo deslocamento relativo entre cada roda e a carroceria. O método proposto por Shinozuka e Jan, 1972, é utilizado para a obtenção do perfil de irregularidades da pista no domínio do tempo a partir das equações de densidade espectral de potência (PSD) que representam as diferentes classes de pavimentos. O método de Newmark, 1959, é utilizado para resolver a equação diferencial de movimento no domínio do tempo e obter a resposta dinâmica do modelo a tais irregularidades. O comportamento dinâmico do modelo de veículo no domínio da frequência foi obtido através da utilização da função de resposta em frequência (FRF) do modelo de veículo analisado. Os resultados demonstraram a capacidade de ambas as rotinas de análise dinâmica desenvolvidas de produzir resultados consistentes com os encontrados na literatura, bem como a capacidade dos algoritmos de otimização implementados de fornecer fronteiras ótimas de Pareto para os problemas propostos. / The proposed work optimized the concentrated parameters of a full-vehicle model’s suspension system, being that model representative of a passenger car which travels at a constant speed on a certain road profile provided by the ISO 8608, 1995, standard, using a multi-objective meta-heuristic optimization algorithm. Two numerical-computational routines were developed, seeking to perform said optimization for both the time and frequency domains. The use of meta-heuristic algorithms has been increasing in mechanical systems optimization, providing speed and accuracy in obtaining an optimal result. Combining an optimization algorithm with a model that satisfactorily represents a mechanical system yields a tool that indicates the system’s maximum efficiency parameters, which can be used in numerous applications. It was intended, with the integration of the dynamic analysis routines to the multi-objective genetic optimization algorithm NSGA-II, developed by Deb et al., 2002, the obtainment of two Pareto-optimal fronts. These fronts consist in the set of non-dominated solutions that minimize the following objective functions: the weighted RMS value of the driver’s seat vertical acceleration, the mean RMS value of the model wheel’s dynamic amplification factor, and the maximum relative displacement between each wheel and the body of the vehicle model. The method proposed by Shinozuka and Jan, 1972, is used to obtain the road irregularity profile in the time domain from the power spectral density (PSD) equations that represent the different pavement classes. The Newmark’s method (1959) is used to solve the differential motion equation in the time domain, in order to obtain the vehicle model’s responses to these irregularities. The dynamic behavior of the vehicle model in the frequency domain was obtained through the use of the frequency response function (FRF) of the analyzed model. The results showed the capacity of both the dynamic analysis routines developed in generating results that are consistent with those found in literature, as well as the capacity of the optimization algorithms implemented in providing Pareto optimal fronts to the proposed problems.