A corrosão de armaduras é uma das causas mais comuns de degradação mecânica em estruturas em concreto armado. Esse processo leva à redução da vida útil e, consequentemente, a prejuízos econômicos. Desse modo, o presente trabalho visa contribuir com a análise dos fenômenos associados à degradação mecânica do concreto armado sujeito a processos corrosivos devido à carbonatação e à ação de cloretos. Para tal finalidade, modelos analíticos baseados na segunda lei de Fick são usados para quantificar a difusão de CO2 e de íons cloreto no concreto, os quais permitem determinar o tempo de início da corrosão. A degradação mecânica de estruturas em concreto armado é considerada por meio de um modelo em dano concentrado que contempla perda da rigidez, redução da área de aço e da tensão de escoamento de armaduras devido ao processo corrosivo. A formulação de dano concentrado foi modificada de forma a incluir uma variável de estado de corrosão e uma lei de evolução da corrosão, baseada em equações semi-empíricas disponíveis na literatura. Essas equações determinam a redução no diâmetro das armaduras e a perda da capacidade resistente do aço. O problema da corrosão é formulado como um processo estocástico sendo resolvido por meio do método de simulação de Monte Carlo para dois exemplos: uma viga isostática e um pórtico plano com grau de hiperestaticidade igual a três. A formulação da equação de estado limite é baseada em um valor de dano aceitável. Curvas de probabilidade de início da corrosão e de probabilidade de falha da estrutura são obtidas ao longo de 50 anos. No caso da estrutura hiperestática, o caminho mais provável de falha, também chamado de caminho crítico, é determinado. Observa-se que o processo corrosivo provoca mudanças no caminho crítico, e portanto, deve ser considerado nas análises de reparo estrutural. Mapas de dano e de probabilidade de falha foram desenvolvidos para mostrar as mudanças no comportamento estrutural devido à corrosão. / The reinforcement\'s corrosion is one of the most common causes of mechanical degradation in reinforced concrete structures. This process leads to the reduction of the service life and, consequently, economic loss. Thereby, this study aims to contribute with the analysis of the phenomena associated to the mechanical degradation of reinforced concrete, due to the carbonation and the chloride ions. For this purpose, analytical models based on second Fick\'s law are used to quantify CO2 and chloride ions diffusion, which enables to determine the corrosion time initiation. The mechanical degradation of reinforced concrete structures is modeles by the lumped damage model which accounts for stiffness loss, reinforcement mass loss and yield stress reduction due to the corrosive process. The lumped damage formulation was modified to include the state corrosion variable and the corrosion evolution law based on semi-empirical equations available in the literature. These equations determine the reinforcement\'s diameter reduction and the loss of resistant capacity of the reinforcement\'s bar. The corrosion problem is formulated as a stochastic process and solved by the Monte Carlo simulation for two examples: an isostatic beam and a hyperstatic frame. The limit state functions are based on the acceptable damage value. Curves of probability of corrosion initiation and probability of failure are obtained over a range of 50 years. In the hyperstatic case, the most probable failure path, also named the critical path, is determined. It is observed that the corrosive process causes changes on the critical path and, therefore, it must be accounted on structural repair analysis. Damage and probability of failure maps were developed to show the changes on the structural behavior due to the corrosion.

A escassez de dados hidrológicos no Brasil é um problema recorrente em muitas regiões, principalmente em se tratando de dados hidrométricos, produção de sedimentos e qualidade da água. A pesquisa por modelos de bacias hidrográficas tem aumentado nas últimas décadas, porém, a estimativa de dados hidrossedimentológicos a partir de modelos mais sofisticados demanda de grande número de variáveis, que devem ser ajustadas para cada sistema natural, o que dificulta a sua aplicação. O objetivo principal desta tese foi avaliar diferentes ferramentas de modelagem utilizadas para a estimativa da vazão, produção de sedimentos e qualidade da água e, em particular, comparar os resultados obtidos de um modelo hidrológico físico semi-distribuído, o Soil Water Assessment Tool (SWAT) com os resultados obtidos a partir de modelos hidrológicos concentrados, com base na metodologia do número da curva de escoamento do Soil Conservation Service (SCS-CN) e no modelo Generalized Watershed Loading Function (GWLF). Buscou-se avaliar e apresentar em quais condições o uso de cada modelo deve ser recomendado, ou seja, quando o esforço necessário para executar o modelo semi-distribuído leva a melhores resultados efetivos. Em relação à simulação da vazão, os resultados dos dois modelos foram altamente influenciados pelos dados de precipitação, indicando que existem, possivelmente, falhas ou erros de medição que poderiam ter influenciado negativamente os resultados. Portanto, foi proposto aplicar o modelo semi-distribuído com dados de precipitação interpolados (DPI) de alta resolução para verificar a eficiência de seus resultados em comparação com os resultados obtidos com a utilização dos dados de precipitação observados (DPO). Para simulação da produção de sedimentos, e das concentrações de nitrogênio e fósforo, o SWAT realiza uma simulação hidrológica mais detalhada, portanto, fornece resultados ligeiramente melhores para parâmetros de qualidade da água. O uso do modelo semi-distribuído também foi ampliado para simular uma bacia hidrográfica sob a influência do reservatório, a fim de verificar a potencialidade do modelo para esse propósito. Os modelos também foram aplicados para identificar quais os impactos potenciais das mudanças no uso do solo previstas e em andamento. Os cenários estudados foram: I – cenário atual, II – cenário tendencial, com o aumento da mancha urbana e substituição do solo exposto e de parte da mata nativa por uso agrícola; III – cenário desejável, complementa o crescimento urbano tendencial com aumento de áreas de reflorestamento. As metodologias foram aplicadas em duas bacias hidrográficas localizadas no Sudeste do Brasil. A primeira é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, incluída na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos 13 (UGRHI-13), a montante da confluência do rio das Cruzes, com uma área de 1934 km2. O segundo caso de estudo, é a bacia do rio Atibaia, inserida na UGRHI-5, tem uma área de 2817,88 km2 e abrange municípios dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Como principal conclusão, o desempenho do modelo semi-distribuído para estimar a produção de sedimentos, e as concentrações de nitrogênio e fósforo foi ligeiramente melhor do que as simulações do modelo concentrado SCS-CN e GWLF, mas essa vantagem pode não compensar o esforço adicional de calibrá-lo e validá-lo. / The lack of hydrological data in Brazil is a recurrent problem in many regions, especially in hydrometric data, sediment yield and water quality. The research by simplified models has increased in the last decades, however, the estimation of hydrossedimentological data from these more sophisticated models demands many variables, which must be adjusted for each natural system, which makes it difficult to apply. At times it is necessary to respond quickly without much precision in the results, in these situations, simpler models with few parameters can be the solution. The objective of this research is to evaluate different modelling tools used estimate streamflow, sediments yield and nutrients loads values, and namely to compare the results obtained from a physically-based distributed hydrological model (SWAT) with the results from a lumped hydrological, the Soil Conservation Service (SCS-CN) and the Generalized Watershed Loading Function (GWLF) model. Both models use the curve number (CN) concept, determined from land use, soil hydrologic group and antecedent soil moisture conditions and were run with a daily time step. We are particularly interested in understanding under which conditions the use of each model is to be recommended, namely when does the addition effort required to run the distributed model leads to effective better results. The input variables and parameters of the lumped model are assumed constant throughout the watershed, while the SWAT model performs the hydrological analysis at a small unit level, designated as hydrological response units (HRUs), and integrates the results at a sub-basin level. In relation to the flow simulation, the results of the two models were highly influenced by the rainfall data, indicating that, possibly, faults or measurement errors could have negatively influenced the results. Therefore, it was proposed to apply the distributed model with high-resolution grids of daily precipitation to verify the efficiency of its results when compared to rainfall data. For simulation of sediment, nitrogen and phosphorus, SWAT performs a more detailed simulation and thus provides slightly better results. The use of the SWAT was also extended to simulate the influence of reservoir, in order to verify the potentiality of the model, in relation to the simulation. The models also were used to identify which are potential impacts of the ongoing land use changes. The scenarios were: I - Current scenario, II - trend scenario, with the increase of urban land and replacement of the exposed soil and part of the native forest by agricultural use; III - desirable scenario complements the trend urban growth with the replacement of exposed soil and part of the agricultural use by reforestation. The methodologies were applied on two watersheds located in the Southeast of Brazil. The first one is the Jacaré-Guaçu river basin, included in the Water Resources Management Unit 13 (UGRHI-13), upstream of Cruzes river confluence, with an area of 1934 km2. The second watershed is the Atibaia River Basin, a part of Water Resources Management Unit 5 (UGRHI-5). It has an area of 2817.88 km2 and covers municipalities of the states of São Paulo and Minas Gerais.

Atualmente existe uma demanda por sistemas de comunicação com altas taxas de transferência de dados, trabalhando em ondas milimétricas (mmW). Além disso, os sistemas devem ser cada vez menores, apresentando um baixo consumo de potência e baixo custo para poderem ser utilizados em aplicações sem fio direcionadas ao mercado do consumidor. Neste trabalho, é proposto um defasador passivo miniaturizado de baixas perdas para aplicações em mmW baseado em um conceito inovador utilizando sistemas micro-eletromecânicos (MEMS) distribuídos e linhas de transmissão coplanares de ondas lentas (S-CPW). Assim, a defasagem é conseguida pela liberação das fitadas da camada de blindagem da S-CPW utilizando um processo de corrosão com vapor de HF. As fitas liberadas podem ser movimentadas quando uma tensão DC é aplicada, o que muda a fase do sinal propagado. É apresentado também um modelo eletromecânico e RF do defasador, compostos de elementos concentrados, permitindo a simulação do comportamento dinâmico do dispositivos e a mudança da fase. O defasador foi fabricado utilizando um processo realizado integralmente no Laboratório de Microeletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Alguns testes elétricos de atuação, demonstram que o processo de fabricação é viável e permitiu a liberação e atuação do plano de blindagem. / There is a demand for millimeter-wave (mmW) high data-rate communication systems. Systems should have small area as well as low power consumption and low cost in order to address wireless consumer applications. In this work, a low-loss distributed microelectromechanical (MEMS) phase shifter for mmW applications based on an innovative concept using distributed MEMS and slow-wave coplanar transmission lines (S-CPW) is proposed. The phase shift is achieved by releasing the ribbons of the shielding layer of the S-CPW with a HF vapor etching process. In this way the ribbons can be allows actuated when a DC voltage is applied, which changes the phase of the propagating signal. An electromechanical model and a RF model were developed using lumped elements, allowing the simulation of the dynamic behavior of the distributed MEMS and the phase shift. The phase shifter was entirely fabricated at the Laboratory of Microelectronics of the Polytechnic School from the University of São Paulo. Some electrical tests showed that the fabrication process is viable and allowed the correct release of the shielding layer of the phase shifter.

The accurate description of the nonlinear structural behaviour is an important issue in engineering science. Usually, classic nonlinear theories, such as fracture and damage mechanics, applied to finite element programmes are used to fulfil that purpose. Classic fracture mechanics describes the structural deterioration process by a few discrete cracks. This theory presents good precision for structures with simple geometries, few cracks and homogeneous materials. Classic damage mechanics measures the deterioration process by an internal variable called damage. This theory has been successful in the description of several deterioration mechanisms in continuum media. Despite their accuracy, classic fracture and damage mechanics present some drawbacks. Firstly, regarding civil engineering problems, both theories are not suitable for some practical applications. Secondly, fracture mechanics demands the consideration of initial cracks to begin the analysis. Lastly, classic damage models may present an issue known as localisation, what essentially leads to ill-posed problems and mesh-dependent numerical algorithms. Alternatively, a recent theory, called lumped damage mechanics, was proposed in order to achieve good accuracy in actual engineering problems. Such theory applies key concepts from fracture and damage mechanics in plastic hinges. In the light of the foregoing, the main goal of this thesis is the extension of the lumped damage mechanics framework to analyse different engineering problems. So far, lumped damage mechanics was characterised as a simplified methodology to analyse reinforced concrete frames under seismic and monotonic loadings; even with a few contributions on the analysis of local buckling in metallic structures. Therefore, this work extends the lumped damage mechanics framework to analyse reinforced concrete arches, unreinforced concrete structures, high cycle fatigue and continuum problems. The application examples show the accuracy of the proposed methodologies. / A descrição acurada do comportamento não linear de estruturas é um problema importante na engenharia. Usualmente, teorias não lineares clássicas, tais como as mecânicas da fratura e do dano, aplicadas a programas de elementos finitos são utilizadas a fim de cumprir aquele propósito. A mecânica da fratura clássica descreve o processo de deterioração estrutural por meio de um pequeno número de fissuras discretas. Esta teoria apresenta boa precisão para estruturas com geometrias simples, poucas fissuras e materiais homogêneos. A mecânica do dano clássica tem sido exitosa na descrição de diversos mecanismos de deterioração em meios contínuos. Apesar de precisas, as abordagens clássicas em fratura e dano apresentam alguns entraves. Primeiramente, tratando-se de problemas da engenharia civil, ambas teorias não são adequadas para aplicações práticas. Em segundo lugar, os modelos clássicos de fratura demandam a consideração de fissuras iniciais para iniciar a análise. Por fim, os modelos clássicos de dano podem apresentar um problema conhecido como localização, o que essencialmente implica em problemas mal colocados e algoritmos com dependência de malha. Alternativamente, uma teoria recente, chamada teoria do dano concentrado, foi proposta a fim de obter boa precisão em problemas reais de engenharia. Tal teoria aplica conceitos-chave das mecânicas da fratura e do dano em rótulas plásticas. À luz do exposto, o principal objetivo desta tese é a extensão da teoria do dano concentrado para analisar diferente problemas da engenharia. Até então, a teoria do dano concentrado era caracterizada como uma metodologia simplificada para analisar pórticos de concreto armado sob solicitações monotônicas ou sísmicas; mesmo com algumas poucas contribuições na análise de instabilidade local em estruturas metálicas. Desta forma, este trabalho estende a teoria do dano concentrado a fim de analisar arcos de concreto armado, estruturas de concreto simples, fadiga de alto ciclo e problemas contínuos. Os exemplos de aplicação mostram a acurácia das metodologias propostas.

O fenômeno de fadiga é uma das principais considerações quando se verifica a integridade de estruturas sujeitas a carregamentos cíclicos. Para analisar o problema, devem-se considerar os efeitos da significativa dispersão observada nos dados estatísticos das variáveis relacionadas à fadiga. Para contemplar tais incertezas, métodos de confiabilidade são particularmente recomendados. Nesse sentido, quando utilizada uma técnica baseada em simulações, procuram-se métodos de análise estrutural que minimizem o tempo de processamento para viabilizar a análise de confiabilidade. Este trabalho apresenta uma formulação geral para a análise de fadiga de pórticos planos baseada na Mecânica do Dano Concentrado (LDM) considerando as incertezas associadas. A abordagem proposta é verificada através da comparação dos resultados obtidos com as curvas S-N disponíveis em diversas normas. Exemplos de estruturas mais complexas são apresentados posteriormente. / Fatigue analysis is one of the main tasks when assessing the integrity of structures under cyclic loading. In order to properly approach the fatigue process, the effects of the great scatter observed in statistical data of fatigue variables must be considered. Facing such uncertainties, reliability methods are particularly recommended. If a sampling-based technique is to be used, one of the critical points is the huge number of analyses required for computing failure probabilities. Consequently, those methods of structural analysis that minimize the processing time are highly convenient to make the analysis feasible without significant loss of accuracy. This work presents a general formulation for probabilistic structural fatigue analysis of frames, based on Lumped Damage Mechanics (LDM). The proposed approach is first validated comparing the number of cycles to failure with the S-N curves found in building codes. Further examples of more complex structures, represented as plane frames, are also presented.

Atualmente existe uma demanda por sistemas de comunicação com altas taxas de transferência de dados, trabalhando em ondas milimétricas (mmW). Além disso, os sistemas devem ser cada vez menores, apresentando um baixo consumo de potência e baixo custo para poderem ser utilizados em aplicações sem fio direcionadas ao mercado do consumidor. Neste trabalho, é proposto um defasador passivo miniaturizado de baixas perdas para aplicações em mmW baseado em um conceito inovador utilizando sistemas micro-eletromecânicos (MEMS) distribuídos e linhas de transmissão coplanares de ondas lentas (S-CPW). Assim, a defasagem é conseguida pela liberação das fitadas da camada de blindagem da S-CPW utilizando um processo de corrosão com vapor de HF. As fitas liberadas podem ser movimentadas quando uma tensão DC é aplicada, o que muda a fase do sinal propagado. É apresentado também um modelo eletromecânico e RF do defasador, compostos de elementos concentrados, permitindo a simulação do comportamento dinâmico do dispositivos e a mudança da fase. O defasador foi fabricado utilizando um processo realizado integralmente no Laboratório de Microeletrônica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Alguns testes elétricos de atuação, demonstram que o processo de fabricação é viável e permitiu a liberação e atuação do plano de blindagem. / There is a demand for millimeter-wave (mmW) high data-rate communication systems. Systems should have small area as well as low power consumption and low cost in order to address wireless consumer applications. In this work, a low-loss distributed microelectromechanical (MEMS) phase shifter for mmW applications based on an innovative concept using distributed MEMS and slow-wave coplanar transmission lines (S-CPW) is proposed. The phase shift is achieved by releasing the ribbons of the shielding layer of the S-CPW with a HF vapor etching process. In this way the ribbons can be allows actuated when a DC voltage is applied, which changes the phase of the propagating signal. An electromechanical model and a RF model were developed using lumped elements, allowing the simulation of the dynamic behavior of the distributed MEMS and the phase shift. The phase shifter was entirely fabricated at the Laboratory of Microelectronics of the Polytechnic School from the University of São Paulo. Some electrical tests showed that the fabrication process is viable and allowed the correct release of the shielding layer of the phase shifter.

Atualmente existem diversas aplicações envolvendo estmturas flexíveis, principalmente nos domínios da robótica ou ciência espacial. Geralmente, há a necessidade de projetar controladores para atenuarem, de forma ativa, as vibrações oriundas da ativação dos modos de vibração da estrutura, ativação esta provocada por algum esforço externo. A eficiência do controlador e, conseqüentemente, a sua aplicabilidade na prática dependem fundamentalmente da existência de um modelo dinâmico que seja realista e preditivo. Isto deve-se ao fato de que, significativas diferenças entre o modelo nominal (planta nominal) e a planta física podem fazer com que a lei de controle, projetada para o modelo nominal, leve a dinâmica do sistema em malha fechada à instabilidade. Portanto, dentre as etapas de um projeto envolvendo estruturas flexíveis, a fase de obtenção de um modelo dinâmico é fundamental. Entretanto, ao se realizar uma pesquisa bibliográfica envolvendo estruturas flexíveis, percebe-se um grande número de artigos devotados à teoria de controle, principalmente a partir dos anos oitenta, mas pouco se tem publicado especificamente sobre modelagem. Este foi o principal aspecto motivador da realização da presente dissertação, cujo primeiro objetivo é avaliar diversas técnicas de modelagem dinâmica para um tipo de estrutura que encontra bastante aplicação, principalmente no domínio da robótica flexível. Uma formulação analítica é desenvolvida, sendo determinadas assim as funções de transferência analíticas. Respostas freqüenciais oriundas destas funções de transferência servem de referência no processo de validação dos modelos, obtidos com as técnicas Formalismo Discreto {Lumped Mass Approach), Modos Assumidos e Deformações Polinomiais (derivada do método dos elementos finitos). Ao final, uma aplicação à robótica flexível é analisada sob a ótica da influência da dinâmica do atuador sobre a dinâmica estrutural. / Nowadays, several applications exist involvíng flexible structures, mainly in the domains of robotics or space sciences. Generally, it is necessary to project a control law to attenuate, in an active way, the vibrations originating from the structure modes activation, provoked by some externai effort. The efficiency of the control law, and consequently its practical implementation, depends fimdamentally on the existence of a realistic and predictive dynamic model. This happens because signifícant difFerences among the nominal model and the physical system may exist And so, the control law, projected for the nominal model, can lead the closed loop system to instability. Therefore, in a project involving flexible structures, the obtaining stage of a dynamic model is fundamental. However, when making a bibliographical research involving flexible structures, one noticed a great number of papers that deal with control theory, mainly starting at the eighties, but not many papers have specifícally been published on dynamic modeling. This was the main motivation aspect of the accomplishment of the present work, whose fírst objective is to evaluate several techniques of dynamic modeling for a structure with applications mainly in the domain of flexible robotics. An analytical formulation is developed and so, analytical transfer functions are determinated. Frequency responses obtained fi-om these transfer functions are references in the validation process of the models, obtained with the techniques Lumped Mass Approach, Assumed Modes and Polynomial Deformations (derived of the finite elements method). At the end, an application to the flexible robotics area is analyzed under the point of view of the actuator dynamics influence on the structural dynamics.

While computed tomographic angiography (CTA) has emerged as a powerful noninvasive option that allows for direct visualization of arterial stenosis(AS), it cant assess the hemodynamic abnormality caused by an AS. Alternatively, trans-stenotic pressure gradient (TSPG) and fractional flow reserve (FFR) are well-validated hemodynamic indices to assess the ischemic severity of an AS. However, they have significant restriction in practice due to invasiveness and high cost. To fill the gap, a new computational modality, called <i>InVascular</i> has been developed for non-invasive quantification TSPG and/or FFR based on patient's CTA, aiming to quantify the hemodynamic abnormality of the stenosis and help to assess the therapeutic/surgical benefits of treatment for the patient. Such a new capability gives rise to a potential of computation aided diagnostics and therapeutics in a patient-specific environment for ASs, which is expected to contribute to precision planning for cardiovascular disease treatment. <i>InVascular</i> integrates a computational modeling of diseases arteries based on CTA and Doppler ultrasonography data, with cutting-edge Graphic Processing Unit (GPU) parallel-computing technology. Revolutionary fast computing speed enables noninvasive quantification of TSPG and/or FFR for an AS within a clinic permissible time frame. In this work, we focus on the implementation of inlet and outlet boundary condition (BC) based on physiological image date and and 3-element Windkessel model as well as lumped parameter network in volumetric lattice Boltzmann method. The application study in real human coronary and renal arterial system demonstrates the reliability of the in vivo pressure quantification through the comparisons of pressure waves between noninvasive computational and invasive measurement. In addition, parametrization of worsening renal arterial stenosis (RAS) and coronary arterial stenosis (CAS) characterized by volumetric lumen reduction (S) enables establishing the correlation between TSPG/FFR and S, from which the ischemic severity of the AS (mild, moderate, or severe) can be identified. In this study, we quantify TSPG and/or FFR for five patient cases with visualized stenosis in coronary and renal arteries and compare the non-invasive computational results with invasive measurement through catheterization. The ischemic severity of each AS is predicted. The results of this study demonstrate the reliability and clinical applicability of <i>InVascular</i>.

This thesis deals with thermal management aspects of electric machinery used in high-performance  applications  with  particular  focus put  on electric machines designed for hybrid electric vehicle applications. In the first part of this thesis,  new thermal models of liquid (water and oil) cooled electric machines are proposed.  The proposed thermal models are based on a combination of lumped parameter (LP)  and numerical methods. As  a first  case study,  a permanent-magnet  assisted  synchronous reluctance machine (PMaSRM) equipped with a housing water jacket is considered.  Particular focus is put on the stator winding and a thermal model is proposed that divides the stator slot into a number of elliptical copper and impregna- tion layers.  Additionally, an analysis, using results from a proposed simplified thermal finite element (FE)  model representing only a single slot of the sta- tor and its corresponding end winding, is presented in which the number of layers and the proper connection between the parts of the LP thermal model representing the end winding and the active part of winding are determined. The approach is attractive due to its simplicity  and the fact  that it closely models the actual temperature distribution for common slot geometries.  An oil-cooled induction machine where the oil is in direct contact with the stator laminations  is also considered.  Here, a multi-segment structure is proposed that  divides  the  stator,  winding and cooling  system  into  a number  of an- gular  segments.   Thereby,  the  circumferential  temperature  variation  due to the  nonuniform distribution  of the  coolant  in the  cooling  channels  can be predicted. In the  second part  of this  thesis,  the  thermal  impact  of using  different winding impregnation  and steel  lamination  materials  is  studied.   Conven- tional varnish, epoxy and a silicone based thermally conductive impregnation material are investigated and the resulting temperature distributions in three small induction machines are compared. The thermal impact of using different steel lamination materials is investigated by simulations using the developed thermal  model  of the water  cooled  PMaSRM. The  differences  in alloy con- tents and steel lamination thickness are studied separately and a comparison between the produced iron losses and the resulting hot-spot temperatures is presented. Finally, FE-based approaches  for  estimating  the  induced  magnet  eddycurrent losses in the rotor of the considered PMaSRM are reviewed and compared in the  form  of a case  study  based on simulations.   A  simplified three-dimensional  FE model  and an analytical  model,  both  combined  with time-domain 2D FE analysis, are shown to predict the induced eddy current losses with a relatively good accuracy compared to a complete 3D FE based model.  Hence, the two simplified approaches are promising which motivates a possible future experimental verification. / <p>QC 20130528</p>

This thesis presents development of microwave lumped elements for a specific surface-micromachining based technology, a self-contained mechanical characterization of fixed-fixed type beams and realization of a shunt, capacitive-contact RF MEMS switch for millimeter-wave applications. Interdigital capacitor, planar spiral inductor and microstrip patch lumped elements developed in this thesis are tailored for a surface-micromachining technology incorporating a single metallization layer, which allows an easy and low-cost fabrication process while permitting mass production. Utilizing these elements, a bandpass filter is fabricated monolithically with success, which exhibits a measured in-band return loss better than -20 dB and insertion loss of 1.2 dB, a pass-band located in S-band and a stop-band extending up to 20 GHz. Analytical derivations for deflection profile and spring constant of fixed-fixed beams are derived for constant distributed loads while taking axial effects into account. Having built experience with the mechanical domain, next, Finite Difference solution schemes are established for pre-pull-in and post-pull-in electrostatic actuation problems. Using the developed numerical tools / pull-in, release and zipping phenomena are investigated. In particular, semi-empirical expressions are developed for the pull-in voltage with associated errors not exceeding 3.7 % of FEA (Finite Element Analysis) results for typical configurations. The shunt, capacitive-contact RF MEMS switch is designed in electromagnetic and mechanical domains for Ka-band operation. Switches fabricated in the first process run could not meet the design specifications. After identifying sources of relevant discrepancies, a design modification is attempted and re-fabricated devices are operated successfully. In particular, measured OFF-state return and insertion losses better than -16.4 dB and 0.27 dB are attained in 1-40 GHz. By applying a 20-25V actuation, ON-state resonances are tuned precisely to 35 GHz with an optimum isolation level of 39 dB.