O osso é um sólido heterogêneo com estrutura bastante complexa que geralmente exige o emprego de múltiplas escalas em sua análise. A análise do comportamento eletromecânico da estrutura óssea tem sido realizada por meio de métodos da mecânica clássica, métodos de elementos finitos e métodos de homogeneização. Procura-se descrever matematicamente a relação entre o comportamento eletromecânico da estrutura óssea e as propriedades efetivas, ou, globais. Assim, muitos esforços têm sido despendidos para desenvolver modelos analíticos rigorosos capazes de predizer as propriedades globais e locais das estruturas ósseas. O propósito deste trabalho é estudar o método de Homogeneização Assimptótica (MHA) com a finalidade de determinar as propriedades eletromecânicas efetivas de estruturas heterogêneas, tais como a estrutura óssea. Inicialmente, são analisados o problema de condução de calor e o problema elástico e demonstra-se que estes problemas estão relacionados entre si. Para o problema de condução de calor, dois métodos para obter as constantes efetivas são apresentados. Além disso, uma aplicação do MHA em osso cortical é apresentada e os resultados estão de muito bom acordo com resultados encontrados na literatura. Em vista disto, verifica-se a possibilidade da aplicação do MHA para determinar as propriedades efetivas da estrutura óssea com estrutura cristalina na classe 622. / The bone is a heterogeneous solid with a highly complex structure that requires a multiple scale type of analysis. To analyze the electromechanical behavior of the bone structure, methods of classical mechanics, finite element methods, and methods of homogenization are being used. This analysis describes mathematically the relationship between the electromechanical behavior of the bone structure and its effective, or, global, properties. Thus, many efforts have been spent to develop rigorous analytical models capable of predicting the global and local effective properties of bone structures. The purpose of this work is to study the Asymptotic Homogenization Method (AHM) in order to determine the electromechanical effective properties of heterogeneous structures, such as the bone structure. The analysis of heat conduction and elastic problem using AHM shows that these problems are related to each other. Furthermore, an application of the AHM in cortical bone is presented and the results are shown to be in very good agreement with results found in the literature. Finally, this work shows great promise in the application of the AHM to determine the effective properties of a bone structure whose constituent material belongs to the crystal class 622.

A lucratividade da indústria mineira é diretamente dependente do planejamento adequado de todas as fases de extração e beneficiamento de minério. Cada passo deste processo por sua vez, também é dependente dos resultados da fase anterior. As usinas de beneficiamento, por exemplo, devem ser alimentadas por um material o mais homogêneo possível, o que é garantido por um planejamento adequado de lavra e de forma muito eficaz por pilhas de homogeneização. No entanto, os métodos de estimativa comumente utilizados para prever os teores dos blocos que formam esses sistemas, não medem adequadamente a incerteza associada a este processo de estimativa. Este estudo avalia a eficácia da simulação geoestatística na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. O método gera múltiplos cenários equiprováveis para o depósito que devem reproduzir os parâmetros estatísticos das amostras, o histograma e o variograma do fenômeno. Para um dado plano de lavra, o conjunto de cenários simulados irá gerar um conjunto de valores equiprováveis para cada pilha de homogeneização. A metodologia proposta foi aplicada a um depósito de fosfato na região central do Brasil. Neste caso de estudo, os teores de P2O5 previstos pelo plano de lavra de curto prazo e amostrados na área industrial foram comparados com o grupo de valores gerados para as pilhas por meio da simulação. A reprodução dos resultados demonstrou a aplicabilidade da metodologia para o depósito em questão. Além disto, a simulação geoestatística demonstrou ser uma ferramenta muito eficiente na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. / Profits in mineral industry strongly depend on proper planning at all stages of mining and ore processing, and every step of these processes depends on the results from the previous stage. These chains of events can be illustrated, for instance, by the processing plant. To maximize ore recovery, among various factors, the processing plant must be fed by a material as homogeneous as possible minimizing the variance of the head grades that can be achieved initially by a proper mining plan and optimal schedule and more effectively by homogenization piles. The key factor is to know the input grade variance to design a blending system capable of attenuating it. Estimation methods commonly used to predict block grades which form the geological model used for mine planning do not adequately measure the variance associated with these estimates. This study evaluates geostatistical simulation in predicting in situ grades variability and planning blending piles. The method generates multiple, equally probable grade scenarios for the deposit, which reproduce the values of the samples, the histogram, and the variograma of the attribute being simulated. For a given mining plan, the set of simulated scenarios will generate a group of equiprobable values for each homogenization pile. These results provide the means to assess a range of possible values each pile can have. To validate the suggested methodology, the contents of P2O5 obtained by the short-term mining plan and sampled at the processing plant from a large phosphate mine in central Brazil were compared against the simulated values. The results matched adequately demonstrating that geostatistical simulation and pile emulation methodology are efficient tools that could be applied in predicting grades in situ variability and in planning blending piles.

Submitted by Guilherme Avino Ohland null (guilherme01261@aluno.feis.unesp.br) on 2017-03-04T18:34:57Z No. of bitstreams: 1 DISSERTAÇÃO - GUILHERME AVINO OHLAND.pdf: 5200722 bytes, checksum: 2b9af38c712c37f2ad2bc2bd13a092c5 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-09T13:21:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ohland_ga_me_ilha.pdf: 5200722 bytes, checksum: 2b9af38c712c37f2ad2bc2bd13a092c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-09T13:21:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ohland_ga_me_ilha.pdf: 5200722 bytes, checksum: 2b9af38c712c37f2ad2bc2bd13a092c5 (MD5) Previous issue date: 2017-02-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho tem como objetivo apresentar uma formulação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) para análises de microestruturas heterogêneas, onde dentro da matriz podem ser definidos vazios ou inclusões com diferentes propriedades elásticas. A microestrutura é modelada por uma chapa em sub-regiões, onde diferentes valores de coeficientes de Poisson e módulo de Young podem ser definidos para cada sub-região. Para resolver as integrais de domínio escritas em termos de deslocamentos no plano, o domínio da matriz e das inclusões são discretizadas em células, onde os deslocamentos têm que ser aproximados. Assim, neste modelo, além de valores no contorno para deslocamentos e forças no plano, valores nodais de deslocamentos no plano são definidos também no domínio. Então, adotando-se técnicas de homogeneização, os valores homogeneizados para o tensor constitutivo e o tensor das tensões são calculados. A formulação é proposta dentro do contexto de análise em multi-escala de estruturas, onde a microestrutura do material é denominada de EVR (Elemento de Volume Representativo), sendo seu problema de equilíbrio definido em termos de flutuação dos deslocamentos. Neste trabalho será adotado comportamento elástico linear para os diferentes materiais (ou fases) do EVR, porém tal formulação pode ser facilmente estendida no futuro a fim de considerar deformações residuais. Nos exemplos numéricos, os resultados são comparados com uma formulação desenvolvida com o Método dos Elementos Finitos (MEF), a fim de validar o modelo proposto. / A formulation of the boundary element method (BEM) to perform elastic analysis of heterogeneous microstructures is presented. The microstructure is modelled as a zoned plate where voids or inclusions can be considered inside a matrix. Thus, each sub-region represents either the matrix or an inclusion, where different Poisson’s ratio and Young’s modulus can be defined. In the proposed model domain integrals in terms of in-plane displacements arise in the formulation, which are solved by discretizing the sub-regions into cells where the displacements are approximated. Thus, besides the boundary values for in-plane displacements and tractions, nodal values of in-plane displacements are defined in the domain. Although the proposed model can be used to analyse the stretching problem of plates composed by different materials, in this paper the formulation is proposed in the context of a multi-scale analysis, i. e. it will be used to model the RVE (Representative Volume Element), which equilibrium equation is solved in terms of displacement fluctuations. In this paper, only elastic behaviour will be considered for matrix and inclusions, although the proposed model can be extended to consider dissipative phenomena in the microstructure. To make the micro-to-macro transition necessary in a multi-scale analysis, the homogenized values for stress and constitutive tensor have to be computed adopting homogenization techniques. In a future work this formulation will be coupled to a BEM formulation to model the macro-continuum in order to perform the multi-scale using only the Boundary Element Method. Some numerical examples of heterogeneous microstructures are presented and compared to a formulation of the Finite Element Method to show the accuracy of the proposed model. / CNPq: 130642/2015-0

O uso de princípios ativos a base de plantas em alimentos pode ser interessante devido à sua atividade (ex.: antioxidante, antimicrobiana, dentre outros), entretanto, alguns desses aditivos são hidrofóbicos, sendo, portanto, de difícil dispersão na formulação do alimento, que é geralmente rico em água. Do mesmo modo, a diminuição da concentração utilizada de antisépticos é um desafio atual. Uma alternativa é a utilização desses princípios ativos na forma de nanoemulsões com baixas concentrações de princípios ativos. O objetivo geral desta tese foi o desenvolvimento de nanoemulsões a base de eugenol e extrato de pimenta dedo-demoça para uso em alimentos, e a base de triclosan, para uso tópico, como alternativa para higienização de mãos de manipuladores de alimentos. O desenvolvimento das nanoemulsões foi realizado com o auxílio de um homogeneizador de alta velocidade seguido de um homogeneizador de alta pressão. Foram estudados os seguintes parâmetros, em vários experimentos: tipo e concentração de tensoativos, valor ideal de HLB, relação fase lipídica/fase aquosa, relação tensoativo/óleo, e composição e processo. As nanoemulsões foram otimizadas por desenho experimental, avaliadas quanto à estabilidade por estresse térmico e força centrífuga e estabilidade ao armazenamento por 90 dias, caracterizadas por diferentes análises, incluindo a determinação do potencial antioxidante e antibacteriano. Foram desenvolvidas nanoemulsões com tamanho médio de gota menor que 200 nm, sendo que, a estabilidade frente ao estresse térmico e força centrífuga variaram para cada sistema, mas, todas nanoemulsões foram estáveis pelo período de 90 dias em temperatura ambiente. A nanoemulsão de eugenol demonstrou bom potencial antioxidante e a nanoemulsão de triclosan demonstrou alta atividade bacteriostática na concentração de 3% e atividade bactericida em concentração menor que 40µg/mL pelo período de 90 dias. As nanoemulsões desenvolvidas têm potencial de aplicação nas indústrias de alimentos e sanitária. / The utilization of plant bioactives in food can be interesting because of its activity (eg.: antioxidant, antimicrobial, among others) and to minimize the use of their high concentration of antiseptics. However, some of these additives are hydrophobic, and, therefore, are more difficult to be dispersed in food, which are generally water-based. A good alternative is the use of low concentration of these actives as nanoemulsions. The aim of this thesis was the development of nanoemulsions with eugenol, \"dedo-de-moça\" pepper extract for food applications, and of triclosan for topical application as hand\'s cleaner. The studies for development of these nanoemulsions were carried out with a high speed homogenizer followed by a high pressure homogenizer. The following parameters were tested: type and concentration of surfactants, ideal HLB value, lipid phase/aqueous phase relation, surfactant/oil relation, and composition and processing conditions. Nanoemulsions were optimized by experimental design, evaluated by preliminary and storage stability, characterized by different analysis, including antioxidant and antimicrobial activities. Nanoemulsions with mean droplet size lower than 200 nm were developed; the thermal stress and centrifuge stabilities were different for each system, but, all nanoemulsions were stable over 90 days on ambient temperature. The eugenol nanoemulsion had good antioxidant activity and triclosan nanoemulsion had high antimicrobial activity in the concentration of 3% and a bactericidal activity at concentration lower than 40µg/mL over 90 days period. The nanoemulsions developed have potential for applications in food and sanitary industries.

Made available in DSpace on 2016-12-12T20:25:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maisa Damazio Franco.pdf: 2101632 bytes, checksum: 7f995c92c59dbfc8861058e76fa73036 (MD5) Previous issue date: 2014-12-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Due to problems such as osteoarthritis and fractures, it is observed an increasingly amount of prosthesis implant surgery, as for example, hip prosthesis. These implants must be made with biocompatible materials such as titanium, and must have mechanical properties close to the bone, which has characteristics of porous materials. The objective of this work is the design of optimum titanium microstructures, in order to minimize the difference between the tensor of elastic properties of the bone and of the prosthesis material. For this purpose, two well established tools are used: the topology optimization and the continuous homogenization method, by means of asymptotic expansion. The efficacy of the formulation is verified by designing different microstructures. / Devido aos problemas como osteoartrite e fraturas, cada vez mais tem se recorrido às cirurgias de implante de prótese, como por exemplo, os implantes de quadril. Estas próteses devem ser produzidas com materiais biocompatíveis, como por exemplo, o titânio, e devem possuir propriedades mecânicas próximas à do meio ósseo, que apresenta características de materiais porosos. O objetivo deste trabalho é o projeto otimizado de microestruturas de titânio, de modo a minimizar a diferença entre o tensor de propriedades elásticas do osso e do material da prótese. Para isso, são utilizadas duas ferramentas bem estabelecidas na literatura: a otimização topológica de meios contínuos e o método de homogeneização por expansão assintótica. A eficácia da formulação é verificada por meio do projeto de diferentes microestruturas.

A lucratividade da indústria mineira é diretamente dependente do planejamento adequado de todas as fases de extração e beneficiamento de minério. Cada passo deste processo por sua vez, também é dependente dos resultados da fase anterior. As usinas de beneficiamento, por exemplo, devem ser alimentadas por um material o mais homogêneo possível, o que é garantido por um planejamento adequado de lavra e de forma muito eficaz por pilhas de homogeneização. No entanto, os métodos de estimativa comumente utilizados para prever os teores dos blocos que formam esses sistemas, não medem adequadamente a incerteza associada a este processo de estimativa. Este estudo avalia a eficácia da simulação geoestatística na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. O método gera múltiplos cenários equiprováveis para o depósito que devem reproduzir os parâmetros estatísticos das amostras, o histograma e o variograma do fenômeno. Para um dado plano de lavra, o conjunto de cenários simulados irá gerar um conjunto de valores equiprováveis para cada pilha de homogeneização. A metodologia proposta foi aplicada a um depósito de fosfato na região central do Brasil. Neste caso de estudo, os teores de P2O5 previstos pelo plano de lavra de curto prazo e amostrados na área industrial foram comparados com o grupo de valores gerados para as pilhas por meio da simulação. A reprodução dos resultados demonstrou a aplicabilidade da metodologia para o depósito em questão. Além disto, a simulação geoestatística demonstrou ser uma ferramenta muito eficiente na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. / Profits in mineral industry strongly depend on proper planning at all stages of mining and ore processing, and every step of these processes depends on the results from the previous stage. These chains of events can be illustrated, for instance, by the processing plant. To maximize ore recovery, among various factors, the processing plant must be fed by a material as homogeneous as possible minimizing the variance of the head grades that can be achieved initially by a proper mining plan and optimal schedule and more effectively by homogenization piles. The key factor is to know the input grade variance to design a blending system capable of attenuating it. Estimation methods commonly used to predict block grades which form the geological model used for mine planning do not adequately measure the variance associated with these estimates. This study evaluates geostatistical simulation in predicting in situ grades variability and planning blending piles. The method generates multiple, equally probable grade scenarios for the deposit, which reproduce the values of the samples, the histogram, and the variograma of the attribute being simulated. For a given mining plan, the set of simulated scenarios will generate a group of equiprobable values for each homogenization pile. These results provide the means to assess a range of possible values each pile can have. To validate the suggested methodology, the contents of P2O5 obtained by the short-term mining plan and sampled at the processing plant from a large phosphate mine in central Brazil were compared against the simulated values. The results matched adequately demonstrating that geostatistical simulation and pile emulation methodology are efficient tools that could be applied in predicting grades in situ variability and in planning blending piles.

A lucratividade da indústria mineira é diretamente dependente do planejamento adequado de todas as fases de extração e beneficiamento de minério. Cada passo deste processo por sua vez, também é dependente dos resultados da fase anterior. As usinas de beneficiamento, por exemplo, devem ser alimentadas por um material o mais homogêneo possível, o que é garantido por um planejamento adequado de lavra e de forma muito eficaz por pilhas de homogeneização. No entanto, os métodos de estimativa comumente utilizados para prever os teores dos blocos que formam esses sistemas, não medem adequadamente a incerteza associada a este processo de estimativa. Este estudo avalia a eficácia da simulação geoestatística na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. O método gera múltiplos cenários equiprováveis para o depósito que devem reproduzir os parâmetros estatísticos das amostras, o histograma e o variograma do fenômeno. Para um dado plano de lavra, o conjunto de cenários simulados irá gerar um conjunto de valores equiprováveis para cada pilha de homogeneização. A metodologia proposta foi aplicada a um depósito de fosfato na região central do Brasil. Neste caso de estudo, os teores de P2O5 previstos pelo plano de lavra de curto prazo e amostrados na área industrial foram comparados com o grupo de valores gerados para as pilhas por meio da simulação. A reprodução dos resultados demonstrou a aplicabilidade da metodologia para o depósito em questão. Além disto, a simulação geoestatística demonstrou ser uma ferramenta muito eficiente na previsão da variabilidade in situ dos teores e planejamento de pilhas de homogeneização. / Profits in mineral industry strongly depend on proper planning at all stages of mining and ore processing, and every step of these processes depends on the results from the previous stage. These chains of events can be illustrated, for instance, by the processing plant. To maximize ore recovery, among various factors, the processing plant must be fed by a material as homogeneous as possible minimizing the variance of the head grades that can be achieved initially by a proper mining plan and optimal schedule and more effectively by homogenization piles. The key factor is to know the input grade variance to design a blending system capable of attenuating it. Estimation methods commonly used to predict block grades which form the geological model used for mine planning do not adequately measure the variance associated with these estimates. This study evaluates geostatistical simulation in predicting in situ grades variability and planning blending piles. The method generates multiple, equally probable grade scenarios for the deposit, which reproduce the values of the samples, the histogram, and the variograma of the attribute being simulated. For a given mining plan, the set of simulated scenarios will generate a group of equiprobable values for each homogenization pile. These results provide the means to assess a range of possible values each pile can have. To validate the suggested methodology, the contents of P2O5 obtained by the short-term mining plan and sampled at the processing plant from a large phosphate mine in central Brazil were compared against the simulated values. The results matched adequately demonstrating that geostatistical simulation and pile emulation methodology are efficient tools that could be applied in predicting grades in situ variability and in planning blending piles.

Orientador: Gabriela Rezende Fernandes / Resumo: Este trabalho tem como objetivo apresentar uma formulação do Método dos Elementos de Contorno (MEC) para análises de microestruturas heterogêneas, onde dentro da matriz podem ser definidos vazios ou inclusões com diferentes propriedades elásticas. A microestrutura é modelada por uma chapa em sub-regiões, onde diferentes valores de coeficientes de Poisson e módulo de Young podem ser definidos para cada sub-região. Para resolver as integrais de domínio escritas em termos de deslocamentos no plano, o domínio da matriz e das inclusões são discretizadas em células, onde os deslocamentos têm que ser aproximados. Assim, neste modelo, além de valores no contorno para deslocamentos e forças no plano, valores nodais de deslocamentos no plano são definidos também no domínio. Então, adotando-se técnicas de homogeneização, os valores homogeneizados para o tensor constitutivo e o tensor das tensões são calculados. A formulação é proposta dentro do contexto de análise em multi-escala de estruturas, onde a microestrutura do material é denominada de EVR (Elemento de Volume Representativo), sendo seu problema de equilíbrio definido em termos de flutuação dos deslocamentos. Neste trabalho será adotado comportamento elástico linear para os diferentes materiais (ou fases) do EVR, porém tal formulação pode ser facilmente estendida no futuro a fim de considerar deformações residuais. Nos exemplos numéricos, os resultados são comparados com uma formulação desenvolvida com o Método dos Elementos Fin... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Fenômenos em materiais heterogêneos conduzem ao estudo de problemas em equações diferenciais parciais com coeficientes altamente oscilatórios. O tratamento numérico mediante o uso dos métodos tradicionais exige um alto custo computacional ou é inviável. No presente trabalho pretendemos estender o método residual free bubbles com o intuito de gerar um procedimento de homegeneização numérica para o estudo de uma classe de problemas elípticos não lineares com coeficientes que têm um comportamento altamente variável (problemas multiescala).Mostramos que a formulação numérica decorrente da metodologia residual free bubbles permite aproximar o problema multiescala e, portanto, o problema efetivo. Para validar o procedimento proposto, apresentaremos estimativas de erro e resultados numéricos.

Orientador: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Angelo Caporalli Filho / Banca: Rafael Humberto Mota de Siqueira / Resumo: Há uma crescente demanda pelo uso de materiais na indústria em geral, que consigam aliar sustentabilidade e performance, onde o alumínio enquadra-se nestes dois requisitos. A liga AA5182 apresenta propriedades importantes, tais como: baixa densidade, alta resistência mecânica e à corrosão, bem como boa conformabilidade. Neste estudo, foi realizada a definição de uma região crítica na qual foram realizados três testes, simulando diferentes ciclos de homogeneização desta liga, através da realização do ciclo de homogeneização em menores tempos que o ciclo original, antes do envio para a laminação a quente e avaliando características superficiais e microscópicas, para que não exista impacto negativo nos processos subsequentes. Após as análises comparativas realizadas, percebeu-se que o teste onde o patamar de aquecimento foi abaixo da temperatura de liquação de precipitados de magnésio apresentou melhor resultado, proporcionando a redução do tempo de ciclo sem o aparecimento de linhas pretas, oriundas da oxidação do magnésio, permitindo assim, a redução do tempo de ciclo de homogeneização / Abstract: There is a growing demand for the use of materials in the industry in general, they can combine sustainability and performance, where aluminum fits these two requirements. The alloy AA5182 has important properties such as: low density, high mechanical resistance and corrosion resistance as well as good formability. First of all, this study was conducted to define a critical region in which there were three tests, simulating different homogenization cycles of this alloy, by conducting the homogenization cycle times smaller than the original cycle, prior to shipment to the hot rolling and evaluating superficial and microscopic characteristics, so that there is no negative impact on subsequent processes. After that, comparative analyzes it was observed that the test where the heating level was below the magnesium precipitates liquation temperature showed better results, providing a reduction in the cycle time without the appearance of black streaks, derived from the magnesium oxidation, thus, reducing the homogenization cycle time / Mestre