O riser flexível é composto por várias camadas com funções estruturais específicas. Quanto à resistência mecânica, sua estrutura deve suportar os mais variados tipos de solicitações atuantes de forma combinada ou isolada. Uma das formas isoladas de solicitação é a compressão axial, responsável pela instabilidade radial (gaiola de passarinho) do duto flexível. A instabilidade radial ocorre principalmente quando o duto flexível apresenta danos na bandagem de alta resistência que juntamente com a carga axial compressiva pode levar o riser a falhas catastróficas. Esse dano na bandagem é gerado devido á logística de lançamento, defeitos de projeto ou materiais, carregamentos excessivos ou quedas. Portanto, a presente dissertação objetiva avaliar a relação entre o tamanho do defeito na bandagem de alta resistência e a capacidade de geração da instabilidade radial (birdcaging) para solicitações compressivas atuantes e por consequência propor um critério de falha para o duto flexível. Para concretização do objetivo foi desenvolvido um modelo tridimensional em elementos finitos no software Abaqus, e realização de testes em escala real na bancada de testes do LAMEF (Laboratório de Metalurgia Física) de forma a validar o modelo. Para uma análise da relação entre tamanhos de defeitos, instabilidade radial e cargas compressivas que levam a variações no comportamento mecânico do riser segundo suas rigidezas, foram executados 32 testes através do modelo desenvolvido com variações no tamanho de defeito de acordo com os limitantes geométricos do riser nas direções de largura e comprimento. / The flexible riser consists of several layers with specific structural features. In terms of mechanical strength, its structure must resist to all kinds of loads, acting combined or isolated. One of the isolated loads is the axial compression, responsible for radial instability (birdcage) in the duct. The radial instability occurs mainly when flexible pipe has damage in the high strength bandage. When it occurs, combined with the axial compressive load, the duct can be leaded to catastrophic failure. This damage in the bandage is generated due to the logistics of launching, design or material defects, excessive loadings or falls. Therefore, this thesis aims to evaluate the relationship between the size of the defect in high strength bandages and the capacity of generating radial instability (birdcaging) for compressive acting loads and consequently propose a criteria of failure for the flexible duct. To achieve the objective, it was developed a three-dimensional finite element model in Abaqus software and performed tests in a real scale bench on LAMEF (Laboratory of Physical Metallurgy) to validate the model. For an analysis of the relationship between defects sizes, instability and radial compressive loads that lead to changes in mechanical behavior according to riser stiffness, 32 tests were performed through the model developed with variations in the size of defect according to the geometric limitations of the riser in the directions of width and length.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-04T11:32:21Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE_INALDO.pdf: 12292650 bytes, checksum: 47271b94bc4307fa96add30491036a09 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-04T11:32:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE_INALDO.pdf: 12292650 bytes, checksum: 47271b94bc4307fa96add30491036a09 (MD5) Previous issue date: 2015-08-04 / CAPEs / Este trabalho tem por objetivo simular numericamente via método dos elementos finitos a deformabilidade e estabilidade geomecânica de lavras subterrâneas em evaporitos, considerando cenários de galerias executadas pelo método de câmaras e pilares e de escavação para estocagem de gás natural. Os evaporitos são economicamente importantes por serem fontes de matéria-prima para a fabricação de diversos produtos. A silvita é o mineral mais explorado para a produção de potássio, pois a sua estrutura química de cloreto simples favorece o seu aproveitamento industrial. No Brasil, a produção de potássio é realizada pela CVRD (Companhia Vale do Rio Doce) na mina de Taquari-Vassouras, que está localizada em Sergipe. Foi utilizado o modelo constitutivo mecanismo duplo de deformação com ativação térmica. Para validação do modelo constitutivo foi comparado resultados de simulações com resultados de medições, reais, de convergência de deformação, de câmaras do Painel D1. Foi estudado a possibilidade de influxo de água no Painel I5 e apresentou-se uma modelagem de um pilar 3D. Foi simulado, ainda, queda de blocos laterais e uma câmara para estocagem de gás natural. Para reproduzir os efeitos do processo de formação de fraturas, apresenta-se a técnica de fragmentação, a qual usa os elementos de interface para reproduzi-las. Onde os elementos regulares têm comportamento assumidamente de fluência e o comportamento dos elementos da região de interface é regido por um modelo constitutivo inelástico capaz de simular os fenômenos envolvidos no processo de degradação do material até a formação da fratura, como o modelo de dano. Tanto o modelo de dano como o modelo mecanismo duplo de deformação, de fluência estacionária, encontram-se implementados no programa, in-house, de elementos finitos CODE_BRIGHT (COupled DEformation BRIne Gas and Heat Transport). As análises apresentaram resultados consistentes, possibilitando o conhecimento do comportamento de fluência das rochas salinas, e seus efeitos, como subsidência, influxo de água, formações de chocos. Além disso, as análises demonstraram a viabilidade da aplicação da técnica de fratura em projetos de Engenharia com a aplicação da metodologia proposta. / This study aims to simulate numerically via the finite element method the deformability and geomechanical stability of underground mines in evaporites considering scenarios galleries performed by the method of room and pillar and digging for natural gas storage. The evaporites are economically important because they are sources of raw material for the manufacture of several products. The sylvite is the most explored mineral for potash production because its chemical structure simple chloride favors its industrial use. In Brazil, potash production is carried out by CVRD (Company Vale do Rio Doce) in the Taquari- Vassouras mine, which is located in Sergipe. We used the constitutive model dual mechanism of deformation with thermal activation. To validate the constitutive model was compared simulation results with measurement results, real, deformation convergence of the cameras of Panel D1. It studied the possibility of water inflow in Panel I5 and presented himself a modeling a pillar 3D. Was simulated also down side blocks and a camera for storage of natural gas. To reproduce the effects of the training process fractures, shows the fragmentation technique, which uses the interface elements to play them. Where regular elements have openly creep behavior and the behavior of the interface elements region is governed by an inelastic constitutive model able to simulate the phenomena involved in the material degradation process until the formation of the fracture, as the damage model. Any damage model as the model dual mechanism of deformation, creep stationary, are implemented in software, in-house finite element CODE_BRIGHT (Gas and Brine Deformation Coupled Heat Transport). The analysis showed consistent results, enabling the knowledge of the creep behavior of the salt rock, and its effects, as subsidence, water inflow and falling blocks. Furthermore, the analysis demonstrated the feasibility of applying the fracture technique in engineering projects with the application of the proposed methodology.

O uso de protetores bucais na prática de esportes tem ampliado espaço no contexto da prevenção de traumas bucais, bem como apresentado melhoria no desempenho ao longo de sua história. O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento do complexo buco dento alveolar (lábio, dentes, osso alveolar e ligamento periodontal) por meio do método dos elementos finitos. A metodologia utilizada foi a partir de um modelo em formato esterolitográfico oriundo de uma tomografia computadorizada, o qual foi convertido para um modelo 3D pelo programa Rhinoceros® versão 4.0 sem protetor bucal (controle) e com protetor bucal de 4.0mm de espessura em EVA (copolímero de etileno e acetato de vinila), os quais receberam três cargas diferentes (500, 1000 e 1500N) no programa ANSYS® v12 em regime quaseestático, de caráter elástico linear. Pudemos observar que houve um padrão de comportamento das estruturas envolvidas quanto à dissipação das tensões geradas e ao se comparar o modelo controle com o modelo provido de protetor bucal houve uma absorção das tensões geradas em até 50%, permitindo confirmar a ação do protetor bucal em literatura e tornando o seu uso imperativo durante a prática de esportes, em especial as modalidades de maior contato. / The use of mouthguards in the practice of sports has expanded space in the prevention of oral trauma, and presented performance improvement over its history. The aim of this study was to evaluate the behavior of complex buco dental alveolar (lip, teeth, periodontal ligament and alveolar bone) through the finite element method. The methodology used was based on a sterelithographic model come from a CT scan, which was converted to a 3D model by the program Rhinoceros® version 4.0 without a mouthguard (control) and mouthguard 4.0mm-thick EVA (copolymerof ethylene and vinyl acetate), which received three different loads (500, 1000 and 1500N) in ANSYS® v12 under quasi-static, linear elastic character. We noticed that there was a pattern of behavior of the structures involved and the dissipation of the tensions generated and compare the model with the control model was fitted with a mouthguard absorbs stresses generated by 50%, allowing to confirm the action of the mouthguard in literature and making its use mandatory for participation in sports, in particular the modalities for greater contact.

O objetivo desta pesquisa foi avaliar in vitro as tensões transmitidas às estruturas de suporte, por meio da associação dos métodos fotoelásticos e elementos finitos, decorrentes da aplicação de forças sobre overdentures retidas em implantes com sistema de encaixe barraclipe, particularmente quando duas posições dos implantes são simuladas. Assim, dois modelos fotoelásticos de mandíbulas foram confeccionados, com dois implantes cada um, posicionados na região interforaminal a 22 mm de distância: modelo 1, denominado AFIP, modelo fotoelástico com implantes paralelos e orientados verticalmente; e modelo 2, denominado AFII, modelo fotoelástico com implantes angulados 10º em relação à linha média da mandíbula. Sobre os implantes, em cada modelo, foi posicionada uma prótese tipo overdenture, com sistema de retenção barra-clipe. Para simulação da mucosa, foi interposta entre a base da prótese e o rebordo residual uma camada de 2 mm de silicone. Este mesmo modelo foi representado para uma análise tridimensional (3D) de elementos finitos. As estruturas foram consideradas homogêneas, isotrópicas e lineares, além de serem atribuídas as correspondentes propriedades mecânicas para cada uma delas. Foram simuladas quatro mandíbulas de elementos finitos, sendo modelo 1, denominado EFRIP, com implantes paralelos; modelo 2, denominado EFRII, com implantes angulados em 10º, ambos modelos (1 e 2) simulando o modelo mandibular de resina fotoelástica; modelo 3, denominado EFOIP, com implantes paralelos; e modelo 4, denominado EFOII, com implantes angulados em 10º, ambos os modelos (3 e 4), simulando os ossos cortical e trabecular. Foram aplicadas cargas de 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 3 bar no método fotoelástico e 0,1 MPa no método de elementos finitos e em seguida as imagens foram fotografadas e analisadas. Os resultados mostraram que: não houve semelhança entre as áreas de tensão dos modelos de resina fotoelástica, quando avaliada a angulação dos implantes (modelo 1 AFIP - e modelo 2 AFII). Houve semelhança entre as áreas de tensão nos modelos de elementos finitos com mandíbula em resina (modelo 1 EFRIP - e modelo 2 EFRII), tendo ocorrido o mesmo entre os modelos de elementos finitos com simulação de osso (modelo 3 - EFOIP - e modelo 4 EFOII) quando avaliada a inclinação dos implantes. Quando comparados os diferentes modelos com a mesma angulação de implante, observou-se que houve semelhança na distribuição das áreas de tensão entre os modelos 1 (AFIP e EFRIP), com uma alta concentração de tensão nos ápices dos implantes. Porém, não houve relação entre os modelos de implantes inclinados, modelos 2 (AFII e EFRII). Da mesma forma, não houve relação entre os modelos de análise fotoelástica e elementos finitos com simulação de mandíbula em resina, independentemente da angulação dos implantes, comparado os modelos de elementos finitos com simulação de osso. Frente às limitações do presente trabalho, concluiu-se que a associação dos métodos de análise fotoelástica e de elementos finitos é de grande valia para a obtenção de informação em relação à biomecânica referente a esse tipo de prótese e sistema de retenção. Além disso, houve semelhança nas áreas de concentração de tensão, quando comparado os modelos de análise fotoelástica e de elementos finitos, quando as propriedades mecânicas inseridas no modelo de elementos finitos foram compatíveis com o modelo fotoelástico, pois, quando o modelo de elementos finitos simulou uma mandíbula com diferenciação entre osso cortical e medular, as áreas de concentração de tensão sofreram alterações. / The objective of this study was to appraise in vitro the load transmission in bar-clip retention system for overdenture when two implant positions are simulated, using for this purpose the association of photoelastic analysis and finite elements techniques. Therefore, two photoelastic mandible were manufactured with two implants each one, positioned in interforaminal region within 22 mm of distance: (i) model 1, named AFIP, photoelastic model with parallel and vertically oriented implants; and (ii) model 2, named AFII, photoelastic model with 10º angled implants in relation to mandible midline. A bar-clip retention system and an overdenture were fixed over both implants. To simulate oral mucosa were added a 2 mm silicon layer between overdenture prosthesis and photoelastic mandible. This same model was submitted to finite elements analysis in 3D, being attributed the correspondent mechanic properties to each structure analyzed and also being considered homogenous, isotropic and linear characteristics. Four finite elements mandible were simulated, (i) one with parallel implants and (ii) other with 10º angled implants, simulating photoelastic resin in mandible (models 1 and 2, named EFRIP and EFRII respectively); and a another couple of mandibles also with (iii) parallel and (iv) 10º angled implants, simulating cortical and cancellous bones in mandible (models 3 and 4, named EFOIP and EFOII respectively). 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 and 3.0 bars loads were applied and correspondent images were analyzed. Results evidenced that there is no similarity in loaded areas between photoelastic resin models, when the implant angle is appraised in models 1 and 2 (AFIP and AFII). Notwithstanding, there are similarity between loaded areas in finite elements model with resin mandible, models 1 and 2 (EFRIP and EFRII), and the same have occurred with finite elements models with bone simulation, models 3 and 4 (EFOIP and EFOII), when appraised implant inclination. When different models are compared with the same implant angulations, was noted that there was similarity in the distribution of loaded areas between models 1 (AFIP and EFRIP), with high concentration of tension forces at the implant apex. Nevertheless, there was no relation between inclined models 2 (AFII and EFRII). At the same direction, there was no relation between photoelastic analysis and finite elements with resin model, with no influence of implant angulations, with finite element models with bone simulation. Considering the limitations of this study, it was concluded that association of photoelastic analysis and finite elements has a high potential value for obtaining information concerning the biomechanics of this kind of prosthesis and retention system; furthermore, there was similarity in areas where loads were applied, when compared photoelastic and finite elements models, provided that finite elements mechanic properties are compatible with photoelastic model, since concentration areas of tension forces suffer changes when finite elements model simulates a mandible with cortical and cancellous bones differentiation.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um programa visualizador de processos em aqüíferos intitulado VPA, como módulo integrante de um pa cote de programas computacionais aplicados ao gerenciamento de recursos hídricos subterrâneos denominado SPA (Simulação de Processos em Aqüí- feros). Esse visualizador foi desenvolvido para sistema operacional SuSE Linux, utilizando como ambientes gráficos o KDE e o GNOME. O ambiente de programação Glade 2 foi escolhido para programação e desenvolvimento do visualiza dor. Este ambiente de programação em C é distribuído nos âmbitos de open source development (GNU), e serve como complemento da interface gráfica com o usuário GUI (Graphic User Interfa ce). Em conjunto com esta linguagem de programa ção foi usado o Data Explorer IBM OpenDX, dis-tribuído também nos termos de open source development, como ferramenta para visualização de simulações em duas e três dimensões. Assim, é possível visualizar os resultados gera dos pela simulação de processos de escoamento de fluidos e transporte de poluentes no subsolo por meio dos módulos de pré e pós-processamento do pacote SPA, na forma de dados binários. O mó dulo desenvolvido representa uma alternativa robusta e econômica para a visualização cientí- fica de processos em aqüíferos. / In this work the development of an aquifer poces ses viewer program called VPA is presented. The program is integrated as a module of a compu- tational package devoted to groundwater resources management named SPA (Simulation for Processes in Aquifers). The program was developed on SuSE Linux operational system utilizing KDE and GNOME graphical environments. The graphic templates for the VPA graphical user interface (GUI)were taken from Glade 2. That graphical library is written in C programming language and is distributed under the open source development license (GNU). Scientific visualization routines from Data Ex- plorer IBM OpenDX, also distributed under GNU license, were gathered to VPA giving to it capabi lity to generate two and three-dimensional gra- phics to numerical results. Thus, VPA constitutes the post-processing tool for reading numerical results from binary files and constructing graphics for fluid flow and pol lutant transport simulation in groundwater in the SPA environment. Such module shows itself an economic and robust alternative in scientific visualization to aquifer processes.

Neste trabalho, são estudados os deslocamentos de vigas, lajes e pavimentos completos em concreto armado, submetidos a carregamentos perpendiculares aos seus eixos e planos. Utiliza-se para tanto o programa ANPAV, desenvolvido no SET-EESC-USP, que permite o cálculo dos deslocamentos considerando-se o comportamento não-linear do concreto armado por meio de todos os fenômenos modernamente considerados com esse objetivo. Assim, a partir de elementos finitos estratificados em filamentos, no caso de elementos de barra tridimensional, ou camadas, no caso dos elementos de placa, podem ser considerados os efeitos da fissuração, da retração, da fluência, e da colaboração do concreto tracionado entre as fissuras para a rigidez à flexão dos elementos. Inicialmente, então, são calculados os deslocamentos de um elevado número de lajes e vigas isoladas e, a partir da análise dos resultados, é avaliada a influência dos parâmetros envolvidos neste cálculo. Sugerem-se, tanto para lajes quanto para vigas, expressões para o cálculo de coeficientes multiplicadores dos deslocamentos imediatos para a avaliação dos deslocamentos diferidos no tempo, e também são feitas propostas para a determinação de uma altura mínima para esses elementos. Com a utilização dessas alturas mínimas, pode-se garantir que o estado limite de deformação excessiva não será atingido, dispensando-se a necessidade do cálculo dos deslocamentos propriamente ditos e simplificando-se enormemente o trabalho de projetistas dessas estruturas. Por fim, são estudados pavimentos de edifícios residenciais e seus deslocamentos são calculados a partir de análises linear e não-linear, sendo os resultados obtidos comparados de forma a se validar alguns modelos e expressões desenvolvidas na análise dos elementos isolados. / This work presents an analysis of deflections for reinforced concrete beams, slabs and floors under perpendicular loading. The ANPAV program - a finite-element program developed at SET-EESC-USP that allows estimating the deflections considering reinforced concrete non-linear behavior - is used. With finite layered-elements for beams and plates it is possible to evaluate deflections taking into account cracking, shrinkage, creep and tension stiffening. Firstly, deflections for a wide range of isolated beams and slabs cases are calculated in order to evaluate the influence of several important parameters. Then, multiplier coefficients for assessing long term deflections from immediate deflections and minimum thickness expressions to ascertain serviceability limit states are suggested, both for beams and slabs. Finally, deflections for residential building floors are calculated for linear and non-linear analysis and the results are compared in order to validate the models and parameters obtained from isolated beams and slabs.

[pt] No presente trabalho se estuda um elemento finito subparamétrico que aproxima o campo de deslocamentos com funções spline, implementando um programa que pode ser utilizado para calculo estático, dinâmico e de instabilidade de estruturas compostas de placas, vigas de paredes finas, vigas caixão e em geral em elementos alongados (pontes e perfis metálicos). O grau de liberdade de rotação perpendicular ao plano do elemento é introduzido na formulação para possibilitar uma análise tridimensional. Apresenta-se um método que serve como base para determinar a constante de rigidez correspondente. Nos exemplos apresentados avalia-se a precisão obtida utilizando pouco número de divisões longitudinais do continuo, vantagem que justifica o uso desses elementos em estudos de pré-projeto ou otimização de estruturas. Comparam-se os resultados com soluções teóricas ou resultados de outros programas estruturais, permitindo apreciar as possibilidades e limitações da modelagem usando elementos finitos com funções spline. As diferenças observadas, que surgem principalmente em placas espessas, são explicadas pela aproximação da deformação de cisalhamento encontrada na literatura para os elementos utilizados na comparação. Mostra-se também exemplos de instabilidade analisados em três dimensões que permitem considerar diferentes condições de apoio e discutir os resultados de fórmulas conhecidas. / [en] The present work presents a subparametric finite element model with spline displacement functions, implemented for static, dynamic and instability analysis of folded plates, thin-walled beams, box girders, and elongated structures such as bridges and structural shapes. A drilling degree of freedom (rotation about an axis perpendicular to the plane of the element) is introduced in the formulation to allow for three-dimensional analysis. A method for determining the corresponding contribution to the stiffness matrix is presented. The examples presented evaluate the accuracy obtained using a small number of longitudinal subdivisions of the continuum, convenient in the case of analyses for preliminary design and optimization. The results obtained are compared to theoretical solutions or results of standard structural analysis programs, allowing for an appraisal of the advantages and limitations of modeling with use of spline functions. The differences in the results, observed specially in the case of thick plates, are explained by the approximations for the shear strain in the elements used for comparison. From the examples it is possible to comment results of threedimensional modeling of instability problems with different boundary conditions.

In order to prepare modern finite element analysis a program for the efficient parallel generation of tetrahedral meshes in a wide class of three dimensional domains having a generalized cylindric shape is presented. The applied mesh generation strategy is based on the decomposition of some 2D-reference domain into single con- nected subdomains by means of its triangulations the tetrahedral layers are built up in parallel. Adaptive grid controlling as well as nodal renumbering algorithms are involved. In the paper several examples are incorporated to demonstrate both program's capabilities and the handling with.

Beschreibung der Finite Elemente Software-Familie SPC-PM3-AdH-XX für: (S)cientific (P)arallel (C)omputing - (P)rogramm-(M)odul (3)D (ad)aptiv (H)exaederelemente. Für XX stehen die einzelnen Spezialvarianten, die in Teil 2 detailliert geschildert werden. Stand: Ende 2013

Ce travail se place dans le contexte des problèmes de fluides présentant une couche limite. Nous explorons l'usage de méthodes éléments finis enrichies pour ce type de problèmes. En particulier, nous présentons un algorithme nouveau d'enrichissement adaptatif, où les fonctions d 'enrichissement sont construites sans connaissance a priori sur la solution. Nous comparons cette approche à l'adaptation de degré polynômial et à l'adaptation de maillage. Nous montrons qu'elle peut-être plus compétitive que la première et qu'elle peut être utilisée efficacement comme complément à laseconde. Des expérimentations numériques sont menées sur des problèmes 2D scalaires (advection -diffusion, Burgers) et de Navier-Stokes. / We are interested in fluid dynamics problems with a boundary layer. We investigate enriched finite elements methods for this kind of problems. A point of interest is the new adaptive enrichment algorithm that we propose, where enrichment functions are built without a priori knowledge on the solution. This approach is compared to both p-adaptivity and h-adaptivity. We show that it can replace the former with profit, and is a good complement to the latter. Numerical experiments are shown on scalar problems (advection-diffusion) and Navier-Stokes equations.