A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos de materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho se concentrou no desenvolvimento e implementação computacional de um elemento finito posicional de pórtico plano laminado cuja cinemática é descrita ao longo da espessura do laminado de acordo com a teoria Layerwise. A formulação do elemento considera a não linearidade geométrica, originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, e admite deformações moderadas, em função da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. O desenvolvimento deste trabalho se iniciou com uma preparação teórica sobre mecânica dos sólidos deformáveis e métodos numéricos para que fossem adquiridos os subsídios teóricos necessários ao desenvolvimento de códigos computacionais, à interpretação dos resultados e à tomada de decisões quando das análises numéricas. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Inicialmente o elemento finito posicional de pórtico plano homogêneo é proposto, uma vez que sua cinemática possibilita uma expansão natural para o caso laminado. Os graus de liberdade são compostos por posições nodais e por vetores generalizados que representam o giro e a variação na altura da seção transversal. A eficiência do elemento é constatada através de análises realizadas em problemas de pórtico sujeitos a grandes deslocamentos e rotações. Os resultados obtidos apresentaram excelente concordância com soluções numéricas e analíticas disponíveis na literatura. Uma expansão natural da cinemática é empregada na formulação do elemento laminado. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado apresentaram excelente concordância com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando um elemento finito bidimensional em uma discretização bastante refinada. Os exemplos analisados contemplam problemas com seção laminada fina ou espessa. / The analysis of laminated composites presents challenges because, unlike homogeneous isotropic materials, the laminated composites are made up of heterogeneous and anisotropic materials. Moreover, the distribution of interlaminar stresses obtained with conventional formulations are discontinuous and inaccurate. His improvement is therefore essential to check and modeling failure criteria related to structures formed by laminates. Thus, this work focused on developing and computational implementation of a positional finite element of laminated plane frame whose kinematics is described throughout the thickness of the laminate according to Layerwise theory. The formulation element considers the geometric nonlinearity, caused by the occurrence of large displacements and rotations, and admits moderate deformation, in the constitutive law function of Saint-Venant-Kirchhoff. The development of this work began with a theoretical preparation on mechanics of deformable solids and numerical methods for the acquired of the theoretical support needed for the development of computational codes, interpretation of results and decision-making when of the numerical analyzes. The developed formulation is total Lagrangian with use of the finite element method based on positions. Initially the positional finite element of homogeneous plane frame is proposed, since their kinematic enables a natural expansion for the laminate case. The degrees of freedom are composed of nodal positions and generalized vectors representing the spin and the variation in the height of the cross section. The efficiency of the element is verified through analyzes performed in frame problems subject to large displacements and rotations. The results showed excellent agreement with numerical and analytical solutions available in the literature. A natural expansion of the kinematics is used in the formulation of the laminate element. The degrees of freedom of the element are the nodal positions and components of the generalized vectors associated to cross-sections of each lamina. Thus, the laminas are free for the thickness variation and for independent spin, but with the positions matched in the interfaces. The results of numerical analysis performed in various examples show the effectiveness of the proposed formulation, since the distributions of displacements and stresses through the thickness of the laminate agreed well with those obtained from numerical analysis using a discretization with two-dimensional finite elements in a very refined. The examples discussed include problems with thin or thick laminated section.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-04T21:05:03Z No. of bitstreams: 1 fernandoluizgoulartcruz.pdf: 3319031 bytes, checksum: b8ba4abba29514e3926b4197c93cdcf2 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:23:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandoluizgoulartcruz.pdf: 3319031 bytes, checksum: b8ba4abba29514e3926b4197c93cdcf2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:23:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandoluizgoulartcruz.pdf: 3319031 bytes, checksum: b8ba4abba29514e3926b4197c93cdcf2 (MD5) Previous issue date: 2012-03-06 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste estudo foi avaliar pelo método de elementos finitos (MEF), a influência da orientação do Mini-implante Ortodôntico (MIO), em relação ao carregamento, na distribuição de tensões no tecido ósseo. Por meio da interface gráfica do programa de elementos finitos Abaqus/CAE, foram confeccionados modelos tridimensionais, correspondentes a um MIO, a uma seção do osso maxilar e dentes pré-molar e molar provenientes de cortes de tomografia computadorizada no formato Dicom. Todas as partes foram consideradas como seções sólidas e homogêneas, com propriedades isotrópicas e lineares-elásticas. Foi aplicada no MIO uma força de 2N, decomposta a 45º em duas componentes sobre o plano normal ao seu eixo longitudinal. Para a simulação numérica, o MIO foi instalado em nove orientações proximodistais diferentes. Uma instalação ortogonal à superfície vestibular (angulação de 0º), outras de -10º, -20º, -30º e -40º a favor da força aplicada e 10º, 20º, 30º e 40º contrários à força aplicada. Por meio do critério de von Mises e da análise das tensões principais observou-se que houve uma variação das tensões em função da orientação, sendo que a situação que ocorreu menor concentração para o osso cortical foi a de 0º, enquanto que a -20º e 20º ocorreram maiores concentrações. Conclui-se que houve influência da orientação proximodistal do MIO, em relação ao carregamento, na distribuição de tensões no tecido ósseo. / The aim of this study was to evaluate, by finite element method (FEM), the influence of load direction on stress distribution in bone tissue around orthodontic miniscrew. By means of the graphic interface of Abaqus/CAE finite element program, tridimensional models were made, corresponding to a miniscrew, section of maxillary bone, premolar and molar teeth taken from computerized tomograph cuts in Dicom format. All parts were considered solid and homogeneous sections with isotropic and linear-elastic properties. A 2N force was applied on the miniscrew, decomposed in two components at 45º on the plane normal to its longitudinal axis. For numerical simulation, the miniscrew was placed in nine different mesio-distal directions. A placement orthogonal to the vestibular surface (angulation of 0º), others of -10º, -20º, -30º and -40º in favor of the force applied and 10º, 20º, 30º and 40º contrary to the force applied. By means of von Mises criteria and analysis of main stressed it was observed that there was a variation in stresses as a result of direction, and the most attenuating situation for the cortical bone was that of 0º, whereas at -20º and 20º higher stress concentrations occurred. It was concluded that there was influence of the mesio-distal direction of the miniscrew in relation to load, of stress distribution in bone tissue.

Orientador: Osvaldo Luís Manzoli / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de análise numérica do concreto com agregados reciclados (CAR). A ferramenta desenvolvida facilita a avaliação do comportamento mecânico do material, verificando a viabilidade de sua utilização para fins estruturais. Considerando que no Brasil o emprego atual do material ainda é bastante limitado em comparação com outros países, o CAR pode vir a ser utilizado mais ampla e adequadamente, trazendo vantagens de caráter estrutural, econômico, e principalmente ambiental. Em termos de modelagem do CAR, a ocorrência de particularidades em nível mesoscópico exige um modelo em escala mais refinada para representar as propriedades alteradas do agregado reciclado (AR), de modo que foi desenvolvido um gerador de agregados reciclados para representar sua composição variada. Os mecanismos de falha que ocorrem nas interfaces características do agregado reciclado e da matriz de concreto introduzem não linearidade ao problema mecânico. Para que haja a representação dessa não linearidade, a estratégia de modelagem proposta recorre ao emprego da técnica de fragmentação de malha de elementos finitos juntamente com um modelo constitutivo de dano. Essa técnica de fragmentação baseia-se no emprego de elementos finitos com alta razão de aspecto, os quais poderão ser utilizados para representar as fases adicionais desse material compósito, correspondentes às diferentes zonas de transição interfaciais (ZTIs) intrínsecas do CAR em mesoescala, e consequentemente, cam... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This research presents a numerical analysis proposal for recycled aggregate concrete (RAC), whose recycled aggregates are obtained from the crushing of concrete waste. The developed tool facilitates the mechanical behavior evaluation of the RAC, verifying the feasibility of its use for structural purposes. Considering that in Brazil the current use of the material is still quite limited in comparison with other countries, the RAC could be used more widely and properly, bringing structural, economic and mainly environmental advantages. Due to the occurrence of mesoscopic specificities, the RAC modeling requires a more refined scale model to represent the altered properties of recycled aggregate, so that a recycled aggregate generator was developed to represent its variable composition. The failure mechanisms that occur at the several interfaces of the recycled aggregate (RA) and concrete matrix introduce nonlinearity to the mechanical problem. In order to represent this nonlinearity, the proposed modeling strategy uses the finite element mesh fragmentation technique together with robust and stable damage constitutive model. This fragmentation technique is based on the use of finite elements with high aspect ratio, which can be used to represent the additional phases of this composite material, corresponding to the different mesoscale RAC intrinsic interfacial transition zones (ITZs), as well as potential pathways for the propagation of fractures. A constitutive model based on ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

[pt] O dimensionamento de estrutura de contenção flexíveis atirantadas geralmente representa um desafio para os engenheiros civis, devido a complexidade do tema e as severas consequências que uma eventual ruptura pode causar. Visando melhorar a compreensão do comportamento dessas estruturas, bem como o seu dimensionamento, o presente trabalho descreve os mecanismos que governam o comportamento dessas contenções, como por exemplo: o arqueamento das tensões; a redistribuição das tensões; concentração de tensões nas ancoragens, etc. Embora estes mecanismos tenha uma forte influência sobre o comportamento de cortinas atirantadas, eles geralmente não são considerados em projetos, já que na prática brasileira, os dimensionamentos dessas contenções são realizados predominante-mente a partir de métodos de cálculo simples, como por exemplo o cálculo por equilíbrio limite, que não leva em conta esses efeitos. Portanto, no presente trabalho são discutidas as limitações dessa abordagem, e em contrapartida são apresentadas, através de um estudo de caso, os benefícios da aplicação do método dos elementos finitos em análises de escavações. / [en] The design of anchored retaining wall usually represents a challenge for civil engineers, due to the complexity of the issue and the severe consequences that a possible rupture can cause. In order to improve understanding of the behavior of these structures, as well as its design, the present work describes the mechanisms that govern the behavior of these structures, for example: the arching of the stress, the redistribution of stress, concentration of stresses in the anchorages, etc. Although these mechanisms have a strong influence on behavior of the anchored retaining wall, they are usually not considered in design, because the Brazilian practice, the projects of these structures are made predominantly from simple calculation methods, for example by calculating the equilibrium limit, that does not account for these effects. Therefore, in the present work the limitations of this approach are discussed, and on the other hand are presented, via a case study, the benefits of the finite element method applied to the excavation analysis.

[pt] Este trabalho estuda um modelo acoplado de deformação e fluxo, baseado na teoria de Biot, para solos saturados e não saturados, porém levando-se em consideração a não linearidade física do solo. Na condição não saturada o fluxo do fluido pode ser considerado bifásico ou monofásico. No caso de fluxo bifásico o modelo calcula simultaneamente a pressão de água e do ar, possibilitando assim, a avaliação dos valores da sucção. O grau de saturação é então determinado a partir dos valores obtidos de sucção. Uma vez conhecido o grau de saturação é possível avaliar a permeabilidade relativa do solo para o fluxo de água e ar, tornando o problema não linear em relação à permeabilidade. No problema de fluxo monofásico a pressão de ar é mantida constante, assumindo-se o valor da pressão atmosférica. O comportamento não linear da relação tensão-deformação em solos não saturados é avaliado pelo modelo básico de Barcelona (BBM), baseado na teoria da plasticidade e conceitos de comportamento de solos no estado crítico. Este modelo pode ser compreendido como uma generalização do modelo Cam Clay freqüentemente usado para representação do comportamento mecânico de solos saturados. A influência da sucção na resistência ao cisalhamento de solos não saturados é verificada por meio de algumas aplicações numéricas. Neste trabalho, a não linearidade física de solos secos e saturados também é simulada através do modelo elastoplástico de Lade & Kim. / [en] This dissertation studies a coupled flow and deformation model for saturated and non-saturated soils, based on Biot`s theory but taking into account the nonlinear material behavior of soil. In the non-saturated condition the fluid flow can be considered either as a two-phase or an one-phase problem. In the two-phase case, the model calculates the pressure of air and water simultaneously, thus permitting the evaluation of the pore suction values and the degree of saturation. Once known, the degree of saturation is used for the determination of the relative permeability of the soil considering the flow of water and air, solving a problem that is nonlinear with respect to permeability. In the one-phase flow, the pressure of air is kept constant and equal to the atmospheric pressure. The stress-strain nonlinear behavior of non-saturated soils is modeled through the basic Barcelona model (BBM model) based on plasticity theory and concepts from the critical state behavior of soils. This model may be understood as an extension of the modified Cam Clay model frequently used for representation of the mechanical behavior of saturated soils. The suction influence on the shear resistance of non-saturated soils is examined through some numerical applications. In this work, the material nonlinearity of dry or saturated soils is also simulated through the Lade & Kim elastoplastic model.

[pt] Apresentamos um método computacional na GPU que lida com eventos de fragmentação dinâmica, simulados por meio de zona coesiva. Implementamos uma estrutura de dados topológica simples e especializada para malhas com triângulos ou tetraedros, projetada para rodar eficientemente e minimizar ocupação de memória na GPU. Apresentamos um código dinâmico paralelo, adaptativo e distribuído que implementa a formulação de modelo zona coesiva extrínsica (CZM), onde elementos são inseridos adaptativamente, onde e quando necessários. O principal objetivo na implementação deste framework computacional reside na habilidade de adaptar a malha de forma dinâmica e consistente, inserindo elementos coesivos nas facetas fraturadas e inserindo e removendo elementos e nós no caso da malha adaptativa. Apresentamos estratégias para refinar e simplificar a malha para lidar com simulações dinâmicas de malhas adaptativas na GPU. Utilizamos uma versão de escala reduzida do nosso modelo para demonstrar o impacto da variação de operações de ponto flutuante no padrão final de fratura. Uma nova estratégia de duplicar nós conhecidos como ghosts também é apresentado quando distribuindo a simulação em diversas partições de um cluster. Deste modo, resultados das simulações paralelas apresentam um ganho de desempenho ao adotar estratégias como distribuir trabalhos entre threads para o mesmo elemento e lançar vários threads por elemento. Para evitar concorrência ao acessar entidades compartilhadas, aplicamos a coloração de grafo para malhas não-adaptativas e percorrimento nodal no caso adaptativo. Experimentos demonstram que a eficiência da GPU aumenta com o número de nós e elementos da malha. / [en] A GPU-based computational framework is presented to deal with dynamic failure events simulated by means of cohesive zone elements. We employ a novel and simplified topological data structure relative to CPU implementation and specialized for meshes with triangles or tetrahedra, designed to run efficiently and minimize memory requirements on the GPU. We present a parallel, adaptive and distributed explicit dynamics code that implements an extrinsic cohesive zone formulation where the elements are inserted on-the-fly, when needed and where needed. The main challenge for implementing a GPU-based computational framework using an extrinsic cohesive zone formulation resides on being able to dynamically adapt the mesh, in a consistent way, by inserting cohesive elements on fractured facets and inserting or removing bulk elements and nodes in the adaptive mesh modification case. We present a strategy to refine and coarsen the mesh to handle dynamic mesh modification simulations on the GPU. We use a reduced scale version of the experimental specimen in the adaptive fracture simulations to demonstrate the impact of variation in floating point operations on the final fracture pattern. A novel strategy to duplicate ghost nodes when distributing the simulation in different compute nodes containing one GPU each is also presented. Results from parallel simulations show an increase in performance when adopting strategies such as distributing different jobs amongst threads for the same element and launching many threads per element. To avoid concurrency on accessing shared entities, we employ graph coloring for non-adaptive meshes and node traversal for the adaptive case. Experiments show that GPU efficiency increases with the number of nodes and bulk elements.

[pt] O processo de fraturamento hidráulico tem sido amplamente usado para aumentar o volume de petróleo e gás extraído na indústria petroleira. Durante a injeção de fluido, uma região determinada do reservatório é fraturada com a finalidade de aumentar a permeabilidade do meio poroso, de tal forma que o fluxo do fluido desde o reservatório para o poço seja favorecido notoriamente. Porém, este processo pode ocasionar danos ambientais tais como contaminação de aguas subterrâneas, vazamentos de gás, fraturas indesejadas nas camadas capeadoras pela injeção de agua e atividade sísmica fazendo primordial um estudo rigoroso do fraturamento hidráulico com a finalidade de reduzir os riscos potenciais associados a esta operação. Umas das metodologias usadas para projetar o fraturamento hidráulico é a simulação computacional. É possível determinar o volume injetado e a potência da bomba de injeção necessária para obter a geometria de fratura (comprimento, abertura e altura) desejada. A modelagem numérica através de elementos coesivos acoplados do processo de fraturamento hidráulico pode ser efetuada considerando o processo transiente ou permanente, tendo geometrias da fratura e curvas de injeção diferentes. Neste trabalho foi simulado numericamente o modelo KGD nos regimes de fluxo transiente e permanente para dois casos de estudo, (1) injeção numa única camada e (2) injeção em três camadas com contraste de tensões e poropressões entre elas. O estudo numérico foi desenvolvido usando o método dos elementos finitos com modelo de zona coesiva no software Abaqus o qual foi comparado com as soluções analíticas do KGD no regime dominado pela rigidez (Vértice-K) para uma camada e de Simonson e Fung para três camadas. / [en] The hydraulic fracturing process has been widely used to improve oil and gas recovery in the petroleum industry. During the fluid injection, the desired section of rock formation is fractured in order to increase the permeability of the medium that can facilitate the flow of oil to a producing well. However, this process can lead to potential environmental risks such as seismic activity, unwanted fractures in cap layers by water injection, water contamination and gas leakage making primordial to develop a rigorous study in order to reduce this environmental risks associated to hydraulic fracturing. One of the studies developed to design the hydraulic fracturing is computational simulation to determine the fluid volume and hydraulic horsepower required in order to produce the wanted fracture geometry (length, opening and height). The numerical modelling of fracturing process by using fully coupled cohesive element hydraulic can be carried out considering either a steady state or a transient analysis, which modify the fracture geometry and injection pressure. In this work, the KGD model is simulated in transient and steady analysis for two cases: (1) injection in a single layer formation and (2) injection in tri-layered formation with stress and porepressure contrast between them. The numerical simulation of a hydraulic fracturing is carried out using the finite element method with the zone cohesive model in Abaqus whose results are compared with analytical solutions of toughness-dominated propagation regime for the one layer formation model and Simonson and Fung analytical solutions for tri-layered formations model.

[pt] Os conglomerados são um tipo de rocha sedimentar, compostos pela mistura de blocos de rocha duros imersos em uma matriz fina branda. Os blocos no conglomerado fazem com que o estudo de suas propriedades mecânicas, através de ensaios convencionais de laboratório, seja de difícil execução. Por outro lado, os ensaios in-situ resultam mais representativos para definir as propriedades mecânicas deste tipo de materiais, mas em geral sua execução é muito demorada e representa um alto custo, o que justifica sua utilização somente em projetos de grande porte. Neste trabalho foi realizada a caracterização geotécnica de um conglomerado localizado no sul da Costa Rica, com o principal objetivo de definir, separadamente, as propriedades mecânicas dos blocos e da matriz. Os ensaios de caracterização e resistência utilizados nesta pesquisa foram realizados no laboratório de geotecnia do Instituto Costarriquense de Eletricidade e no laboratório de Interação Rocha-Fluido na PUC-Rio. Em uma segunda fase foi realizada a modelagem numérica do conglomerado através do método dos elementos finitos utilizando o programa PLAXIS 2D v2014. Da interpretação dos resultados dos ensaios numéricos foram obtidos os parâmetros de resistência e deformabilidade do conglomerado para diferentes escalas. Finalmente, os parâmetros mecânicos resultantes da modelagem numérica foram comparados com os obtidos na interpretação de ensaios de campo realizados na mesma litologia, especificamente ensaios de placa e cisalhamento direto multi-estagio, corroborando desta forma a validez da estimativa realizada. / [en] Conglomerates are a type of sedimentary rock constituted by hard rock blocks embedded in a fine soft matrix. Due to the blocks present in the conglomerate, the study of mechanical properties by conventional laboratory tests is complicated. On the other hand, in-situ tests are more representative to define the mechanical properties of this type of materials; however, conducting these tests implies a lot of time and high costs, and their use is justified only for large-scale projects. This study provides the geotechnical characterization of a conglomerate located in the southern region of Costa Rica, where a large part of the works of the El Diquís Hydroelectric Project (PHED) will be built. The first objective of this research was to define the mechanical properties of the blocks and the matrix separately by using the results of characterization and strength tests. These tests were developed at the Geotechnical Laboratory of the Costa Rican Electricity Institute and the Rock-Fluid Interaction Laboratory at PUC-Rio. At a second research stage, numerical tests were conducted on virtual conglomerate samples. The creation of the virtual samples was based on the field and laboratory works performed during the first research stage. The numerical tests using virtual samples were carried out by applying the finite element method in the PLAXIS 2D 2014 program. The interpretation of the test results allowed determining the strength and deformability parameters of the conglomerate at different scales of the samples under analysis. Finally, the mechanical parameters derived from the numerical modeling were compared with the data from the interpretation of the field tests performed as part of the geotechnical studies at the dam site of the PHED, where plate load tests and multistage direct shear tests were carried out, thus corroborating the validity of the estimation that was made.

[pt] O processo de revestimento por extrusão é um método muito utilizado na manufatura de diversos produtos. Ele pertence à uma classe de processos de revestimento chamada revestimento com vazão pré-fixada: para operações em regime permanente, a espessura da camada de líquido revestida é definida pela vazão na entrada do equipamento e pela velocidade do substrato. Para diversas aplicações, o líquido de revestimento é uma suspensão de partículas. A abordagem comumente usada é analisar o escoamento como se o fluido fosse Newtoniano, onde sua viscosidade é avaliada pela concentração média de partículas. Porém, dados experimentais mostram que a distribuição de partículas não é uniforme em escoamentos com cisalhamento. Além disso, a distribuição de partículas no filme após o processo de revestimento afetará a estrutura final do filme e, consequentemente, a qualidade final do produto. Portanto, é importante entender os fundamentos do processo de revestimento com suspensão de partículas para melhor descrever este processo e prever comportamentos desse escoamento. O objetivo do presente trabalho é estudar diferentes mecanismos de migração de partículas em suspensão que podem afetar a distribuição de partículas no filme revestido; como mecanismos de difusão e sedimentação. O modelo apresentado leva em consideração a dependência da viscosidade pela concentração local de partículas e o efeito de Marangoni. Dois modelos diferentes foram usados para estudar o escoamento de Marangoni. No primeiro, o transporte de partículas entre a superfície e o escoamento é considerado muito mais rápido que a difusão no escoamento de tal forma que o fluxo líquido é zero e a concentração de partículas na região do escoamento próxima à superfície. No segundo, um modelo mais completo, os efeitos de adsorção e dessorção de partículas pela interface é considerado. O sistema final de equações e não-linear e, com as condições de contorno apropriadas, é resolvido pelo método de Galerkin em elementos finitos e pelo método de Newton. O escoamento é bi-dimensional e, portanto, elementos bi-dimensionais são utilizados para descrever o domínio do problema. Entretanto, para avaliar a concentração ao longo da superfície, foi necessário criar um elemento uni-dimensional. O acoplamento entre estas duas classes de elementos também é discutido. Os resultados mostram que a distribuição de partículas do filme revestido é uma forte função da espessura do filme e das propriedades da suspensão, como a densidade das partículas e coeficientes de difusão. O escoamento de Marangoni pode afetar o padrão de recirculação e a distribuição de concentração de partículas. Além disso, os resultados mostram que a adsorção e dessorção de partículas na interface afetam fortemente a distribuição de partículas. / [en] Slot coating is a common method in the manufacturing of a wide variety of products. It belongs to a class of coating method known as premetered coating: in a steady state operation, the thickness of the coated liquid layer is set by the flow rate fed to the die and the speed of the substrate moving past, and is independent of other variables of the process. For many applications, the coating liquid is a particle suspension. The commom simplified approach is to study the flow as Newtonian and evaluate its viscosity based on the average particle concentration. However, experimental data shows that particle distribution is in fact non-uniform in shear flows. Moreover, particle distribution along the film thickness during the coating process will affect the final fim structure and consequently product performance. Hence, it is important to understand the fundamentals of coating process with particle suspension to better describe and predict the behavior of the flow and the particle distribution in the coated layer. The goal of the present work is to study different particle migration mechanisms in a suspension that may affect particle distribution in the coated film; such as diffusive mechanisms and sedimentation. The model presented takes into account the viscosity dependency and local particle concentration and surface-active particles, i.e. Marangoni effect. Two different approaches were used to study Marangoni flow. First, the bulk-interface transport is considered much faster than bulk diffusion such that the net flux is zero and surface concentration is equal bulk concentration. The second, more complete model, considers adsorption and desorption fluxes from the interface. The non-linear system of equations, with appropriate boundary conditions, is solved by Galerkin Finite Element Method and Newton s Method. The flow is two-dimensional and therefore two-dimensional elements are used to describe flow domain. Nonetheless, in order to evaluate particle concentration along the interface a one-dimensional element was created. The coupling between those two classes of elements of discussed. The results show that the particle distribution on the coated layer is a strong function of the film thickness and suspension properties, such as particle density and diffusion coefficients. The Marangoni flow associated with surface tension gradient due to particle concentration variation along the interface can change the recirculation pattern and particle concentration distribution. Furthermore, the results show that particle adsorption and desorption from interface have a strong effect on the particle distribution.

[pt] A alvenaria é um material largamente utilizado, e é fundamental a realização de pesquisas para caracterizar seu desempenho e elevar a sua utilização a um aspecto mais estrutural, não apenas funcional (separação de ambientes). Neste trabalho é apresentada uma modelagem em elementos finitos para estruturas de alvenaria. Utilizando um modelo numérico sofisticado com base no Método dos Elementos Finitos, associado a um modelo constitutivo adequado, busca- se uma representação mais real do comportamento destas estruturas. A modelagem da alvenaria consiste na representação do comportamento dos tijolos e da argamassa, assim como da interação entre eles. Elementos de interface apresentam- se como uma escolha natural para a descontinuidade física, intrínseca ao problema. Adicionalmente, eles podem representar fissuras provenientes tanto do modo I quanto do modo II, as quais representam aberturas potenciais e deslizamentos no plano, respectivamente. Para isso é necessário acoplá-los a modelos constitutivos que detectem os diversos modos de ruptura do sistema. Também são necessárias avançadas estratégias de solução que permitam seguir a formação de deformações localizadas. Como estratégias empregadas pode-se citar o controle de deslocamentos direto, controle de deslocamento relativo e controle de comprimento de arco. Neste trabalho, um modelo elasto-plástico baseado no critério de escoamento de Mohr-Coulomb foi escolhido para a representação da interface de argamassa. Exemplos foram analisados comparativamente com resultados numéricos e experimentais. / [en] Since masonry is a widely employed material, it is fundamental to better characterize its structural performance and extend its use beyond functional applications (separation of environments). In this work a finite element model for masonry structures is presented. By using a sophisticated numerical tool based on the finite element method, associated to suitable constitutive models, the behavior of these structures is represented in a more realistic way. Masonry modeling consists in representing the behavior of bricks and mortar, as well as the interaction between them. Interface elements present themselves as a natural choice for representation of the intrinsic physical discontinuities of the problem. Additionally, they can represent cracks arising from either mode I or mode II fracture, which represent potential opening and sliding planes, respectively. This requires the coupling of interface elements with constitutive models which embrace several system failure modes. In this work, an elasto-plastic model based on the Mohr- Coulomb yield criteria was chosen for the representation of the mortar interface. The brittle response of these structures often leads to localized failure modes. Advanced strategies of solution that allow us to follow the formation of localized strains are employed, namely displacement control, relative displacement control and the arc-length method. Application of this numerical tool to some numerical examples is shown and compared to experimental results. / [es] El hormigón es un material largamente utilizado por lo que es fundamental la realización de investigaciones para caracterizar su desempeño y extender su uso a un aspecto más extructural y no apenas funcional (separación de ambientes). En este trabajo se presenta un modelo de elementos finitos para extructuras de hormigón. Utilizando un modelo numérico sofisticado con base en el Método de los Elementos Finitos, asociado a un modelo constitutivo adequado, se busca una representación más real del comportamiento de estas extructuras. El modelo representa el comportamiento de los ladrillos y de la argamasa, así como de la interacción entre ellos. Elementos de la interface se presentan como una selección natural para la discontinuidad física, intrínseca al problema. Adicionalmente, se pueden representar fisuras provenientes tanto del modo ? como del modo ??, las cuales representan aberturas potenciales y deslizamentos en el plano, respectivamente. Para ello es necesario acoplarlos a modelos constitutivos que detectan los diversos modos de ruptura del sistema. Tembién son necesarias estrategias de solución avanzadas que permitan seguir la formación de deformaciones localizadas. Como estrategias empleadas se pueden citar: el control de deslocamentos, control de deslocamento relativo y control del largo del arco. En este trabajo se eligió un modelo elasto-plástico basado en el criterio de Mohr-Coulomb para la representación de la interface de argamasa. A modo de comparación se analizaron varios ejemplos con resultados numéricos y experimentales.