La finalidad de esta experiencia consiste en estudiar y efectuar comparaciones sobre el comportamiento sísmico estructural de dos muros de albañilería confinada, uno con peralte de columna de confinamiento de 20 cm (cubriendo el 17 de la longitud del muro) y el otro de 40 cm (cubriendo el 33 de la longitud del muro). Ambos muros presentarán conexión a ras con chicotes cada dos hiladas. Se busca además estudiar y establecer una comparación de los efectos que se producen en las interfases columnaalbañilería de cada uno de los muros. Los dos muros serán sometidos a ensayos de carga lateral cíclica con desplazamiento controlado. Además se procederá a realizar un análisis teórico mediante elementos finitos sobre el comportamiento de los dos muros de albañilería confinada. Para este estudio se optará por recurrir a valores tradicionales de las propiedades físicas y mecánicas de la albañilería confinada. / Tesis

Orientador: Alexandre Luiz Souto Borges / Co-orientador: Rubens Nisie Tango / Co-orientador: Owen Addison / Banca: Eron Toshio C Yamamoto / Banca: Cristiane Campos Costa Quishida / Banca: Marina Amaral / Resumo: O objetivo desse trabalho foi identificar por meio da utilização de geometrias complexas (pela análise de elemento finito) e simplificadas, se novas tecnologias (sistema CAD/CAM) resultam em um comportamento biomecânico mais favorável na cerâmica de cobertura quando comparado à técnica de aplicação convencional (estratificação). Foram modelados três diferentes estruturas de prótese parcial fixa de três elementos com diferentes técnicas de fabricação: convencional, Rapid Layer (feldspática, cimento resinoso e zircônia) e CAD-on (dissilicato, material vítrio de baixa fusão e zircônia) a fim de analisar a distribuição tensão de tração gerada durante um ensaio mecânico pelo método por elementos finitos. Discos (cerâmica de cobertura e zircônia) foram unidos seguindo as três diferentes técnicas (convencional, Rapid Layer e CAD-on). Foram também confeccionadas próteses parciais fixas de 3 elementos pela técnica de multicamada seguindo as mesmas configurações dos modelos utilizados na análise por elementos finitos. Essas coroas foram cicladas durante 2x106 ciclos para analisar falhas na cerâmica de cobertura, como trincas, lascamento, delaminação e falha catastrófica. Os resultados mostraram que as coroas confeccionadas com cerâmica de dissilicato de lítio e material vítreo na interface infraestrutura/cerâmica de cobertura apresentaram menor concentração de tensão de tração quando comparadas aos modelos confeccionados pela técnica convencional, que demonstraram maior concentração de tensão de tração entre as camadas (cerâmica de cobertura, interface e infraestrutura). Para os discos, o acréscimo de material na interface cerâmica de cobertura e infraestrutura mostrou maior resistência à fratura biaxial e menor propagação da trinca entre as camadas de cerâmica. As coroas cicladas não apresentaram falhas como: trincas, lascamento, de... / Abstract:The aim was to identify whether the CAD/CAM approach resulted in more favourable stressing patterns in the veneer-ceramic when compared with a conventionally sintered Y-TZP core/veneer-ceramic. Three different designs crowns of prosthesis with three elements and different manufacturing techniques were modeled: conventional technique, Rapid Layer (feldspathic ceramic, resin cement and zirconia) and CAD-on (disilicate, fusion glass ceramic and zirconia) techniques to analyze the distribution stress tensile generated during a mechanical test by the finite element method. Moreover, were made feldspathic ceramic discs, lithium disilicate discs and Y-TZP zirconia discs to analyze the influence of biaxial flexure stress of these three different techniques. These discs (veneer ceramic and zirconia ceramic) were joined following the three different techniques (conventional, Rapid Layer and CAD-on). They were also made FPDs 3 elements: following the same design of models used in finite element analysis. These crowns were cycled during 2x106 cycles to analyze failure at veneer ceramic, such as cracks, chipping, delamination and catastrophic failure. The results showed that the crowns made from ceramic lithium disilicate and low fusion glass ceramic at the interface veneer ceramic/infraestructure showed low concentration of tensile stress when compared to models made by the conventional technique, which showed a greater concentration of tensile stress between layers (veneer ceramic, interface and infrastructure). For the discs samples, the multilayer materials showed lower crack propagation between the ceramic layers. The cycled crowns showed no failure as cracks, chipping, delamination and catastrophic failure for the first 500,000 cycles. However, the prostheses made with feldspathic ceramic showed cracks from 1.106 cycles. The incorporation of functionally and aesthetically graded layers would be... / Doutor

A análise eslálica de cascas de concrelo armado submelidas a cargas de curta duração é realizada numericamente pelo mélodo de elemenlos finitos. É adolado um modelo laminar, no qual a espessura é dividida em diversas camadas e as armaduras são consideradas como camadas extras. O elemenlo ulilizado é o isoparamélrico quadrálico para cascas baseado em uma teoria que inclui a deformação por corte. A não-linearidade fisica é introduzida através das equações constitutivas para os materiais componentes e a não-linearidade geométrica através de uma parcela da deformação de membrana, baseada em uma teoria de pequenas deformações e relações moderadas. As equações não-lineares de equilibrio são resolvidas por um processo incremenlal- ileralivo. O modelo para o concreto é histerélico degradativo e para o aço e elasto-plástico com histerese. Um processo de dimensionamento da armadura para a análise linear é apresenlado com o objelivo de fazer um estudo comparativo sobre a influncia da não-linearidade fisica na capaciadade de carga da estrutura. / Reinforced concrete shells, subjected to short time loads, are statically analized by using a finite element model. A layering technique, in which the thickness is divided in a set of layers and the steel reinforcement is regarded as an extra layer, is adopted. An isoparametric quadratic curved finite element, I used. The physical non-linearity is introduced through the components constutive equations and the geometrical non-linearity is introduced by a portion of the membrane deformation. In order to solve the non-linear equations, an incremental-iterative process of constant stiffness is implemented. The concrete model is hysteretic with degrading stiffnes and a hysteretic elastic-plastic model is adopted for with the purpose of making a comparative study on the influence of physical non-linearity in the structure load capacity.

Este trabalho focaliza a análise viscoelástica de estruturas laminadas em material compósito de matriz polimérica, propondo o emprego de métodos de inversão numérica da transformada de Laplace numa formulação adaptada ao método dos elementos finitos. Nesta abordagem alternativa, as equações constitutivas viscoelásticas, formuladas no plano complexo da variável de transformação 's', reduzem o problema a uma análise elástica equivalente. As soluções complexas são então retomadas ao plano fisico para o valor de tempo desejado, dispensando processos incrementais. Exemplos de aplicações são executados comparando-se os resultados do Método da Transformada de Laplace com o Método das Variáveis de Estado que trata o problema viscoelástico de forma incremental. / The viscoelastic analysis of laminated structures of polymeric matrix compsite materiais using Laplace transform is the objective of this work. The inverse of the Laplace transform is carried out using numerical methods adapted to a finite element method formulation. In this altemative aproach, as the constitutive equations are formulated on the complex plane in the transformation variable 's', the viscoelastic problem reduces to an equivalent elastic one. The complex solutions are then sent back to the physical plane for the desired time value, dispensing incremental processes. Examples of aplications compamng results obtained with the Laplace Transformation Method and the State Variables Method (that treats the viscoelastic problem in an incremental form) are presented.

O trabalho realizado consiste no desenvolvimento das equações pertinentes à teoria de cascas, implementação de programas de elementos finitos em Matlab e resolução de problemas de casca numéricos e analíticos. No desenvolvimento da teoria de cascas é evidenciada a aplicação da curvatura da estrutura no cálculo das forças e momentos resultantes para uma superfície de casca simplificada a uma estrutura localmente bidimensional. O problema de casca é resolvido analiticamente para um caso de curvatura simples e comparado com a resolução por elementos finitos em um programa desenvolvido pelo autor, em que a utilização da curvatura para o cálculo das forças e momentos resultantes é inserida na programação. A análise de elementos finitos é realizada para casos de casca com curvatura simples e dupla curvatura e de duas formas, sendo que a primeira utiliza elementos cujas normais médias são empregadas na montagem da matriz de rigidez, constituindo um elemento de casca e a segunda aplica normais a cada nó de cada elemento, tendo-se assim uma superfície facetada, com comportamento de placa em cada elemento. Os resultados obtidos mostram que o impacto da aplicação da curvatura em geral é pequeno nas regiões mais críticas para as forças e momentos resultantes, como na região de engaste. Porém, algumas regiões da casca apresentam grandes variações, e caso sejam de importância para o usuário, cabe uma análise mais detalhada em que o emprego da curvatura possa ser considerado. / This work presents the development of the shell theory equations, implementation of finite element programs in Matlab and the resolution of numerical and analytical shell problems. Along with the development of the shell theory, the application of the curvature of the structure in the calculation of stress and couple resultants for a shell structure simplified to a bidimensional problem become clear. The shell problem is solved analytically, by means of the application of the shell equations in a shell with simple curvature, and this solution is compared with the numerical solution using the finite element program implemented, considering the curvature of the structure for the stress and couple resultants. Finite element analysis is performed for the simple and double curvature cases of shells, and in two distinct ways, the first one considering averaged normals for neighbor elements, which produces shell elements, the second one using normals to each node of each element, which results in locally flat elements, behaving as plates. Results obtained show that the impact of the application of the curvature in the resultants is usually small in the most critical points, such as the crimp. However, some regions of the shell present huge variation, and further analysis is recommended, since the application of the curvature can be important.

O presente trabalho tem como objetivo comparar os diferentes métodos de estimativa das tensões residuais geradas pela Autofretagem. Empregou-se o método de G.SACHS(4) na determinação experimental das tensões. São empregados os métodos analíticos de Timoshenko(1), Mendelson(2) e Chen(3), com os critérios de Von Mises para o primeiro e de Tresca para os demais. O método numérico empregado é o Método dos Elementos Finitos com o critério de Von Mises. Na análise dos resultados verifica-se que os métodos que empregam o mesmo critério de tensão equivalente concordam entre si. Formulase então a hipótese de que qualquer dos métodos empregados conduzirá ao mesmo resultado, desde que empregando o mesmo critério de tensão equivalente. Para testar-se tal hipótese altera-se, inicialmente, o método de Chen para emprego do critério de Von Mises. Como o resultado é positivo, altera-se então o método de Mendelson para o emprego com o critério de Von Mises, o que também confirma a hipótese formulada. / The work aims to compare some different methods to evaluate residual stresses in a Autofretted tube. The experimental part was carried out through G.SACHS(4) method, and the analitycal part applied Timoshenko's Method(1), Mendelson's Method(2) and Chen's Method(3), making use of the Von Mises equivalent stress criteria for the first one and the Tresca equivalent stress criteria for the last two. Also, the numerical method applied was the Finite Element through the Von Mises cri teria. The results allowed to observe that those methods which made use of the same equivalent stress criteria would tend to the same results. To test this hypothesis, the Chen's Method was changed from Tresca criteria to Von Mises criteria. As the results were satisfactory, the Mendelson's Method was changed to Von Mises criteria, and the answers confirmed the hypothesis as well.

Este trabalho apresenta um estudo sobre a distribuição de tensões em rodas ferroviárias, a fim de detectar a fonte primária dos defeitos superficiais e subsuperficiais que ocorrem neste componente. O desenvolvimento do trabalho foi baseado na utilização de uma ferramenta computacional constituída pelo Programa de Elementos Finitos ABAQUS, o qual permitiu o modelamento do contato roda-trilho. Paralelamente à simulação foram realizados ensaios experimentais em modelos simplificados construídos em uma resina sintética contendo extensômetros elétricos resistivos em seu interior, a fim de aferir o modelamento. As propriedades reais do material sintético já haviam sido determinadas em um trabalho anterior, e puderam, então, ser utilizadas diretamente na simulação computacional. As deformações calculadas pela análise computacional foram comparadas com as deformações medidas nos ensaios experimentais. A partir da existência da correlação entre estes resultados, as deformações e tensões calculadas para o conjunto roda-trilho, em aço, puderam ser avaliados e discutidos. / The Aim of this work is the study of the stress distribution in railway wheels in order to detect the primary source of surface and subsurface damage that occur in the wheel. The development of the study has been based in the evaluation o f the wheel/rail contact stresses by Finite Element Method using the program ABAQUS/Aqua. Besides, synthetic material specimens has been constructed with inner strain gages so that the strain concentration could be compared with computational analysis results. Since the correlation between both approaches has been determined, the stresses and strains calculations for wheel/rail contact model could be assessed and discussed. Finally, these results was related with the failure mechanisms models considered in the case ofthe wheel/rail contact.

Orientador: Mauro Hugo Mathias / Banca: José Elias Tomazini / Banca: Carlos D'Andrade Souto / Resumo: A evolução das unidades geradoras hidráulicas é constante, sempre visando a redução de custos, mantendo ou melhorando os fatores de desempenho já alcançados. Em consequência disso têm-se em geral máquinas menores, com velocidade de rotação mais elevada e maiores solicitações mecânicas, além de estruturas com massa otimizada e consequentemente mais flexíveis. Nesse contexto, conhecer o comportamento dinâmico dos rotores das turbinas hidráulicas e ter a capacidade de simulá-los com precisão passa a ser fundamental. No presente estudo é desenvolvido um modelo em escala representativo de uma linha de eixo rotativo de turbina hidráulica de grande porte com o objetivo de avaliar o seu comportamento dinâmico, permitindo que os resultados teóricos possam ser comparados com resultados experimentais, este último não faz parte do escopo do presente trabalho. Em uma primeira etapa as dimensões do modelo em escala são determinadas por uma análise dimensional, que permite elaborar os desenhos tanto do rotor quanto de seus suportes. Os parâmetros de rigidez dos suportes são então determinados por meio de análise estrutural estática em elementos finitos (EF). Esses parâmetros são utilizados então na análise dinâmica do rotor, também em EF, permitindo obter o diagrama de Campbell (frequências naturais e seus respectivos modos em função da rotação do eixo) e a resposta harmônica ao desbalanceamento. Diferentes valores de amortecimento e desbalanceamento são assumidos nessa análise, e suas influências no comportamento dinâmico do rotor são avaliadas e discutidas. Também são avaliados os efeitos da estrutura base que suporta os mancais (fundação) na dinâmica da máquina rotativa como um todo. Por fim uma bancada experimental foi construída, sendo que a análise experimental fica como proposta para trabalhos futuros / Abstract: The evolution of hydro power units is constant, always aiming to reduce costs while maintaining or improving performance already achieved. Consequently the sizes of the components have being reduced, while rotational speed and mechanical stresses have being increased. Also, supporting structures have being optimized in weight, becoming more flexible. In this context, it is crucial to know the dynamic behavior of the rotors of hydro power units and to have the ability to simulate them accurately. In this study a representative model of a large hydro power rotor is developed in order to evaluate its dynamic behavior, allowing the comparison between theoretical results with experimental results, the latter is not part of scope of this work. In a first stage the scale model geometry is determined by a dimensional analysis, which allows elaborate the designs of the scaled rotor and its supports. The supports stiffness parameters are then determined by static structural finite element analysis (FEA). These parameters are used in rotor dynamic analysis, also in FEA, enabling the construction of Campbell diagram (natural frequencies and their respective modes shaft rotation function) and the harmonic response to unbalance. Different values of damping and unbalance are assumed in these analyses, and their influence on the rotor dynamic behavior are evaluated and discussed. The effects of the base structure supporting the bearings (also known as foundation) on the dynamics of the rotating machine as a whole are also evaluated. Finally an experimental bench was built, however the experimental analysis is proposed for future work / Mestre

O trabalho tem como objetivo a utilização do método dos elementos finitos para o cálculo da durabilidade de componentes mecânicos. Para isso, foi desenvolvido um estudo de caso que contempla, passo a passo, a metodologia utilizada. Um conjunto knuckle assembly dianteiro de um veículo off-road, fornecido por uma montadora nacional foi utilizado no estudo de caso. A geometria foi discretizada e modelada em software de pré-processamento em elementos finitos, o MSC.Patran®. Em seguida, foi submetida à análise estática no solver MSC.Nastran® para enfim obter-se o cálculo de durabilidade através do solver Fatigue®. Uma extensa revisão teórica foi realizada a fim de que o estudo tivesse embasamento teórico. / The work has as objective the use of the finite elements method for the calculation of the components durability. A case study using the proposal methodology was developed. A front set knuckle assembly of an off-road vehicle, supplied by a national assembly company was used in the case study. Geometry was discretized and shaped in software of pre-processing in finite elements, the MSC.Patran®. After that, it was submitted to the static analysis using the solver MSC.Nastran®, and the durability calculation using the solver Fatigue®. An extensive theoretical revision was carried through so that the study had theoretical basement.

Orientador: Hugo Enrique Hernandez-Figueroa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-09-27T13:14:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopez-Barbero_AndresPablo_D.pdf: 8087571 bytes, checksum: d6f4f765925c55114bf99c78e9baddfc (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Apresentam-se modelos numéricos para amplificadores ápticos dopados com érbio pelo método dos Elementos Finitos. Propomos modelar simultaneamente tanto a parte real (relacionada com o comportamento não linear) como a imaginária (relacionada com o ganho do dispositivo) do material dopado através do cálculo da susceptibilidade complexa. Devido à consideração dos vários sub-níveis presentes no meio dopado (Stark Splitting) e dos efeitos de conversão ascendente, o modelo permite a análise de dispositivos num espectro bastante largo (1.4 - 1.6Jlm) e para altas concentrações de érbio. O uso de duas plataformas numéricas diferentes (Análise Modal e BPM-Beam Propagation Method) permite a análise de várias configurações de dispositivos, inclusive com seção transversal variante na direção de propagação. Os resultados obtidos foram comparados com modelos numéricos presentes na literatura e com resultados experimentais / Abstract: Several models based on the Finite Elements Method, for Erbium-Doped optical amplifiers, are presented. The models deal simultaneously with the real part (related to the non-linear behavior) and the imaginary part (related to the gain) of the doped material through the proper and direct ca1culation of the complex susceptibility. Due to the consideration of the several sub-Levels present in the doped host medium (Stark Splitting) and the up-conversion effect, the models permit to analyze a wide spectrum ranging from 1.4 Jlm to 1.6 Jlm and also high erbium concentrations. The use of two different numerical platforms (Modal Analysis and BPM-Beam Propagation Method) permits the analysis of a wide variety of device configurations, including those whose transverse section varies along the propagation direction. The obtained results are compared with numerical models published in the literature, as well as, with experimental results / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica