Este trabalho tem como objetivo mostrar a aplicação de programas computacionais, que utilizam o Método dos Elementos Finitos (MEF), visando a análise de problemas e dispositivos de Engenharia Elétrica, podendo com seus resultados fazer previsões relativamente a suas soluções e desempenhos, muito difíceis de se obter sem esses programas. Assim comparou-se, do ponto de vista do usuário não-especialista em programação computacional, as vantagens da aplicação do MEF, seja utilizando programas com base em uma linguagem tradicional, FORTRAN, seja utilizando um software profissional, no caso o ANSYSTM. Como exemplos de aplicação, analisou-se o desempenho de isoladores, classe 15kV, construídos de resina de poliuretana à base de óleo de mamona, nos quais foram mapeados potencial e campo elétricos e, também, um transformador de distribuição de 1.000kVA e um reator de 2,3 Henry, nos quais foram mapeados fluxo e densidade de fluxo magnéticos. / The objective of this work is to show the application of Finite-Element Method (FEM) computer programs for analyzing problems and devices on Electrical Engineering; the results permit to realize some previsions about their solutions and performances. So, it had compared advantages of the use of FEM either by using FORTRAN programs or by using ANSYSTM, a professional software, by the point of view of a non-specialist programmer. It was made a performance analysis of castor-oil polyurethane-resin class 15kV insulators, by mapping potential and electric field in their bodies. By other side, it was made the mapping of magnetic flux and magnetic flux density in a 1000kVA distribution transformer and in a 2.3 Henry magnetic reactor.

For the most demanding measurement tasks in force metrology flexure hinges in compliant mechanisms represent a key component. To enhance the mechanical properties of devices like weighing cells, the ability of precise modeling of flexure hinges is essential. The present scientific work focuses on the modeling of the mechanical behavior of a single flexure hinge subjected to geometric deviations and non-ideal loading conditions as those encountered in weighing cells. The considered hinge has a semi-circular contour and a large width compared to its minimum notch height. This geometry is modeled using the finite element method. Requirements for a trustworthy and efficient computation are elaborated under the consideration of geometric deviations for later parametric studies. Analytical expressions found in the literature are compared to numerical results to prove the validity of their assumptions for thin hinges. The model is used for studying the deviation of the stiffness in non-ideal flexure hinges. Sources of deviation are identified and described by parameters. The range of values for each parameter is chosen on the basis of available manufacturing technology. Influential parameters are identified through a sensitivity analysis. The effect of loading conditions is studied in the context of the application in weighing cells. For the enhancement of the overall sensitivity, the stiffness of the flexure hinges can be reduced. One option, the alteration of the geometry by adding a flexure strip in the center of the semi-circular flexure hinge is studied in comparison to existing analytical equations. The effects of ground tilts for a single loaded flexure hinge are investigated as a foundation for future modeling of a tilt insensitive state of a weighing cell mechanism (autostatic state). By adjusting the vertical position of the center of mass of the lever, the tilt sensitivity can be reduced to zero. An approach to find the position for this state is presented considering the numerical limitations of finite element modeling. Using this approach, the variation of the sought position is evaluated for different values of the design parameters. / Tesis

El material más usado en la construcción de viviendas en el Perú es la albañilería y una de sus propiedades estructurales más importante es la resistencia a compresión. Para conocer la resistencia a compresión de la albañilería se construyen prismas o pilas, asentando unidades de albañilería una sobre otra con mortero, para después someterlas a ensayos de compresión axial. / Tesis

El presente trabajo de investigación tiene como finalidad el estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas, para lo cual se consideró conveniente seleccionar a la mecánica de fractura clásica y al método de los elementos finitos como los medios más adecuados para abordar este fenómeno. Durante el estudio se determinó el factor de intensidad de tensiones, que es un parámetro que caracteriza la tenacidad de la fractura en materiales de comportamiento lineal. Es posible distinguir que el trabajo contiene dos partes muy bien definidas. La primera parte consiste en la modelación bidimensional de especimenes fisurados, cuyas configuraciones son muy conocidas en el ámbito de la mecánica de fractura. La segunda parte consiste en volcar la experiencia adquirida y realizar la modelación tridimensional de una unión soldada de filete que contiene una fisura superficial en las aproximaciones del cordón de soldadura. Los resultados obtenidos de la modelación de ambas partes fueron comparados con valores analíticos de diferentes autores permitiendo determinar la factibilidad del análisis de la fractura elasto-lineal mediante un software de elementos finitos. / Tesis

Los engranajes han sido desde hace mucho tiempo uno de los elementos de máquinas más usados para la transmisión de potencia mecánica en la industria. Esto ha impulsado su estudio para optimizar su funcionamiento y poder calcular la capacidad de carga de estos elementos de máquinas y así evitar su falla o desgaste prematuro. Una de las principales fallas que se presentan es estos elementos es la picadura progresiva o pitting en el flanco de los dientes que tiene como causa fundamental el excesivo esfuerzo de contacto entre los dientes producido durante el engrane. En la presente tesis se desarrolla el estudio del esfuerzo de contacto en los flancos de los dientes de engranajes cilíndricos de ejes paralelos (rectos y helicoidales) y perfil de evolvente determinados a partir de dos metodologías distintas: 1) Mediante el método de los elementos finitos, donde se definió la geometría real del diente con ecuaciones paramétricas para así poder modelar los engranajes en un software CAD y luego realizar la simulación del engrane en un software CAE. 2) Mediante cálculos analíticos según las normas técnicas ISO 6336, DIN 3990 y AGMA2105-C95, donde se determinó el esfuerzo de contacto actuante a partir de las expresiones que proponen cada una de estas normas pero solo tomando en cuenta los factores que hacen referencia a la geometría del diente y a las características de la transmisión y no a las que tienen que ver con otros parámetros que afectan el esfuerzo de contacto como las características de montaje de los engranajes y otros. Se realizaron cálculos del esfuerzo de contacto sobre una muestra de pares de engranajes con distintos parámetros geométricos y de carga para poder comparar los resultados de las dos metodologías de cálculo, y se encontró que los esfuerzos determinados a partir de las normas técnicas son de 2 a 5 veces mayores que los hallados por el método de los elementos finitos. Lo que refleja a un sobredimensionamiento de los engranajes contra la falla por picadura en el flanco del diente en los procedimientos de las normas técnicas. / Tesis

In MEMS sensors, such as resonators based on cantilever and doubly-clamped beams, the presence of residual stresses in the thin films disrupt their mechanical properties or eigenfrequencies and, in some cases, can destroy the structure. This thesis aims to simulate the residual stresses in wafers composed of thin films deposited over a substrate. The simulations were conducted with ANSYS Workbench R17.2, a finiteelement-method software. This work considered static simulations with a single-layer wafer geometry, since it is a first approach to the simulation of residual stresses. With the purpose of achieving that, three simulation types were performed. Simulation 1 applied the thermal loads as heating and cooling steps to a quadrant model. Simulation 2 added the birth and death technique with the purpose of representing the deposition of the thin film. Besides, it was split under the geometric model as flat axisymmetric section, curved axisymmetric section, i.e. with the initial curvature of the wafer, and curved quadrant model. On the other hand, simulation 3 generated the residual stresses by the activation of the contact between the thin film and the silicon dioxide layer, used as diffusive barrier. The simulation results were compared to calculated values from measurements performed by the methods of wafer curvature and X-ray diffraction. The comparison showed that the curved quadrant model allowed obtaining residual stresses and deflections closer to the calculated ones. In addition, the curved axisymmetric models allowed visualizing the residual stresses distribution in the layers and the substrate. Thus, the birth and death technique was useful to simulate the deposition of the thin film. The considerations described in this work can be used as input data for more complex simulations based on MEMS structures / Tesis

El objetivo del trabajo es analizar la placa (implante) a través de un modelo capaz de proporcionar valores de tensiones y desplazamientos bajo las diferentes condiciones de carga en distintos puntos de la placa que pueden son necesarios conocer. Esta información es de gran importancia, porque una cirugía persigue que la prótesis hueso del sistema este bajo un estado mecánico íntimo al hueso, promueve una estabilidad más grande y durabilidad de la placa y reduce el número de cirugías necesarias durante la vida del paciente. / Tesis

O presente trabalho simula processos de conformação mecânica em domínios bidimensionais. Para tanto, considera-se o material como sendo um fluido não newtoniana e utiliza-se a formulação da mecânica dos fluidos com função de penalidade. O método empregado para realizar a discretização espacial é o método dos elementos finitos com integração reduzida do termo da função de penalidade. Para discretizar o tempo usa-se diferenças finitas com o esquema de Crank-Nicolson. E apresentado também o método Lagrangiano-Euleriano arbitrário para descrever o movimento da malha de elementos finitos. / Simulations o f metal forming processes in two dimensional domains are presented in this work. The material is considered as a non newtonian flu id and the flow formulation with the penalty function approach is used. Spatial discretization is accomplished using the finite element method with reduced integration for the pressure term. Finite differences is used for time integration with a Crank-Nicolson scheme. The arbitrary Lagrangian-Eulerian scheme is employed to describe the motion of the finite element mesh.

Neste trabalho procura-se desenvolver dois elementos retangulares com o objetivo de se estudar as tensões e deformações que ocorrem em folhas poliédricas, e em estruturas que podem ser aproximadas por meio de uma folha poliédrica. São desenvolvidos dois elementos. Um, segundo a formulação do método dos deslocamentos (modelo compatível) e outro, segundo a formulação híbrida com campo de tensões assumidas. Foram realizados diversos testes, utilizando ambos elementos, e comparando-se os resultados obtidos com resultados experimentais obtidos por diversos experimentadores. A maioria dos testes foi feita com dois tipos de malha para que se tivesse uma idéia da rapidez da convergência dos elementos. São apresentadas numerosas tabelas e gráficos com os resultados. / This work is concerned with the development of general space rectangular elements for the study of the stress and deformation behaviour of folded plate-type structures, and also shell structures which can be approximated by an assemblage of plane elements. Two elements are developed. One , following the formulation of the displacement method (compatible model) and the other, following the formulation of the hybrid model with assumed stress fields. Several tests were carried out, using both elements, and comparing the numerical results with experimental results obtained by several other researchers. Most of the tests were done using to types o f meshes. The objective was to have an idea of the convergence rate of the elements. Several tables and graphics are presented with the results.

Este trabalho apresenta um modelo computacional para a análise de peças de concreto armado, utilizando o método dos elementos finitos. Este modelo considera a fluência e a retração do concreto, a transmissão de esforços através das fissuras e o deslizamento que ocorre entre o concreto e a armadura junto a uma fissura. / This work presents a computer model to reinforced concrete elements analysis by finite element method. This model considers creep and shrinkage of concrete, shear transfer in cracks and slip displacement between concrete and reinforcement near a crack.