Submitted by CRISTIANO PICCARD GONCALVES null (cristiano.goncalves@ymail.com) on 2016-09-16T03:30:56Z No. of bitstreams: 1 Projeto - Cristiano Piccard Gonçalves - Rev. 15.pdf: 4585314 bytes, checksum: 3173bab5e6a2e825765f406fd71aa278 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-09-22T14:16:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 goncalves_cp_me_bauru.pdf: 4585314 bytes, checksum: 3173bab5e6a2e825765f406fd71aa278 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-22T14:16:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 goncalves_cp_me_bauru.pdf: 4585314 bytes, checksum: 3173bab5e6a2e825765f406fd71aa278 (MD5) Previous issue date: 2016-07-27 / O Setor sucroenergético está entre os mais importantes da economia brasileira e também com importância global no contexto das energias renováveis. A demanda pelo bicombustível e por açúcar cresce continuamente no Brasil e em várias regiões do planeta, criando grandes perspectivas para este setor. O sucesso desta jornada leva a necessidade de investimentos, aumento de produtividade, avaliação dos equipamentos existentes e projetos de pesquisas. Dentre os equipamentos do setor que merecem atenção especial e que devem passar por avaliação estrutural, estão os vasos de pressão. O número destes equipamentos em uma unidade do setor é bastante expressivo. A avaliação dos vasos de pressão é importante para evidenciar a condição de segurança, eficiência operacional e para planejar projetos de alteração, recuperação, reparo e investimentos futuros. O objetivo desta pesquisa foi realizar análise de tensões em um projeto de vaso de pressão com a utilização do Método dos Elementos Finitos (MEF) em comparação com soluções teóricas definidas em norma de projeto, também demonstrar a capacidade do MEF na solução de problemas de análise de tensão em vasos de pressão. As tensões atuantes nos diversos componentes do vaso de pressão estudado (pré-evaporador) foram obtidas pelo Método dos Elementos Finitos e com a utilização de expressões de cálculo teórico. Nas regiões distantes de descontinuidades observou-se proximidade dos resultados, o que não aconteceu em regiões de maior complexidade geométrica as quais não são abrangidas com a utilização das expressões de normas de projeto pelo método teórico. O Método dos Elementos Finitos pode ser utilizado como um complemento para o atendimento aos requisitos das normas de projeto de vasos de pressão. O MEF demostrou ser eficiente e, quando corretamente aplicado, e pode garantir bons resultados em projetos de análise estrutural. / The sugar-energy industry is among the most important of the Brazilian economy and also with global importance in the context of renewable energy. The demand for biofuel and sugar is continuously growing in Brazil and in several regions of the planet, creating great prospects for this sector. The success of this journey takes the necessity for investment, increase of productivity, evaluation of existing equipment and research projects. Among the equipment of the section that deserve special attention and must undergo by structural evaluation, are the pressure vessels. The number of the equipment in a sector unit is very significant. The evaluation of the pressure vessels is important to highlight the security condition, operational efficiency and provide subsidies to changing, recovery, repair designs and future investments. The objective of this research was to perform stress analysis in a pressure vessel design using the Finite Element Method (FEM) compared to theoretical solutions defined in project standard, also demonstrate the ability of the FEM in solving analysis problems of stress in pressure vessels. The stresses acting on the various components of the studied pressure vessel (pre-evaporator) were obtained by the Finite Element Method and the use of theoretical calculation expressions. In the distant regions of discontinuities were observed closeness of the results, what did not happen in regions of greater geometric complexity, which are not covered with the use of expressions of design standards. The Finite Element Method can be used as a complement of standard, which demonstrated to be effective and can ensure good results in structural analysis designs.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A técnica de deposição de resíduos de processamento de bauxita prevê uma operação inicial de lançamento de resíduos, por via úmida, no interior de reservatórios artificiais. Nesta fase de deposição, os resíduos são lançados em forma de polpa, sofrendo processos de sedimentação e adensamento por peso próprio. A vida útil dos reservatórios depende fundamentalmente do comportamento geotécnico do resíduo, cujas propriedades variam ao longo do tempo e da profundidade. A presente dissertação tem como objetivo a análise do comportamento de uma área de resíduos de bauxita durante a operação de enchimento do reservatório. Para tanto, foi utilizado o programa Plaxis, que executa análises tensão-deformação pelo método dos elementos finitos. Os parâmetros geotécnicos do resíduo foram definidos com base em ensaios de adensamento e piezocone, executados em amostras representativas da polpa de resíduos. Para calibração do modelo, a batimetria executada no reservatório foi confrontada com as cotas de enchimento previstas numericamente. Finalmente, a distribuição dos parâmetros geotécnicos (peso específico, índice de vazios, permeabilidade) com a profundidade prevista numericamente foi confrontada com os valores medidos no campo, ao final da etapa de enchimento. O conhecimento da variação dos parâmetros geotécnicos com a profundidade ao final do enchimento é importante para avaliar o comportamento do reservatório na etapa de operação de alteamento, e para a estimativa do ganho de vida útil do reservatório. Os resultados permitiram avaliar o funcionamento da drenagem de fundo, a distribuição complexa dos excessos de poropressão ao final do enchimento, os perfis dos índices físicos com a profundidade e o ganho de vida útil. As análises mostraram que o programa foi capaz de reproduzir os processos simultâneos de sedimentação e adensamento por peso próprio, em análises de enchimento de reservatórios de resíduos. / The technique of disposing of waste bauxite processing provides an initial launch of operation, the wet disposal, within artificial reservoirs. In this phase of deposition, the waste is released in the form of pulp, suffering processes of sedimentation and consolidation by self-weight. The useful life of the reservoirs depends crucially on the Geotechnical behavior of the residue, whose properties vary over time and depth. The present dissertation aims to behavior analysis of a bauxite waste area during the operation of filling the tank. To this end, we used the program Plaxis, which performs stress-strain analyses by the finite element method. The Geotechnical parameters of residue were defined based on piezocone, consolidation and tests carried out on representative samples of waste pulp. For calibration of the bathymetry model executed in the reservoir was faced with filling quotas provided for numerically. Finally, the distribution of geotechnical parameters (specific weight, void ratio, permeability) with the depth expected numerically was confronted with the values measured in the field, at the end of the filling stage. Knowledge of geotechnical parameters variation with depth at the end of the filling is important to evaluate the behavior of the reservoir in heightening operation step, and for the estimation of the useful life of the reservoir. The results made it possible to assess the functioning of the Fund drainage, the complex distribution of excess pore pressure dissipations at the end of the filling, the profiles of physical indexes with the depth and the gain of life. The analysis showed that the program was able to reproduce the simultaneous processes of sedimentation and consolidation by selfweight, in analyses of reservoir filling of waste.

O objetivo deste trabalho é analisar in vitro a dissipação de tensões em incisivos centrais superiores humanos restaurados com facetas de cerâmica feldspática, através da análise do método dos elementos finitos, considerando cargas funcionais de mastigação e corte dos alimentos, em função de três tipos de preparos utilizados: sem proteção incisal; com proteção incisal em ângulo e com proteção incisal em degrau palatino. Foram utilizadas modelagens bidimensionais de um incisivo central superior e suas estruturas de suporte, simulando três situações: (Primeira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular (em forma de janela); (Segunda modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular e proteção incisal em plano inclinado; (Terceira modelagem) incisivo central superior com desgaste vestibular, e proteção incisal com degrau palatino. Foi considerada uma carga (P=100N) com uma inclinação de 45 concentrada, simulando a região de contato do incisivo central inferior com o superior durante a mastigação e uma na região de contato topo a topo dos incisivos superior e inferior, simulando o corte dos alimentos. Após a análise dos dados obtidos pela distribuição de tensões, pode-se concluir que quanto à dissipação das tensões em todo o sistema proposto, com a aplicação de carga em 45, não foram observadas mudanças no estado tensional nos três diferentes preparos. Quando foi aplicada carga vertical, simulando o contato de topo, houve variação no estado tensional no sistema do dente com preparo em janela. Nas facetas, com a aplicação de carga em 45, nos preparos em janela e com proteção incisal em plano inclinado o resultado foi semelhante nos valores tensionais enquanto, nas facetas em dentes preparados com proteção incisal com degrau palatino, a distribuição foi mais homogênea tendo valores superiores, mostrando que o abraçamento do dente diminuiu a flexão. / The aim of this study is to analyze in vitro stress dissipation on human maxillary central incisors restored with ceramic feldspathic veneers, through the finite element method. Functional chewing and food cutting loads were evaluated in three types of preparations of teeth: preparation without incisal protection, with incisal angle protection and with incisal protection with palatal step. Two-dimensional modeling of a maxillary central incisor and its supporting structures were used, simulating three conditions: 1) First modeling - maxillary central incisor with facial preparation (window shape); 2) Second modeling - maxillary central incisor with facial preparation and incisal protection on an inclined plane; 3) Third modeling - maxillary central incisor with facial preparation and incisal protection with palatal step. The chosen load (P = 100N) was applied to two different points: one of them to the palatal aspect with an inclination of 45 in order to simulate the contact area of the mandibular and the maxillary central incisors during chewing and the other one to the region of contact with edge-to-edge upper/lower central incisors, simulating food cutting. After analyzing the data obtained from the stress distribution it is possible to conclude that there are no alterations in tensional characteristics of the three different preparations concerning the stress dissipation on the whole proposed system, considering the application of load in 45. When the vertical load was applied, simulating an edge-to-edge contact, a variation in the stress state of tooth with window preparation was observed. For veneers with 45 load application, both the window preparation teeth and teeth with incisal protection on an inclined plane presented similar tensional values. For veneers of prepared teeth with incisal protection with palatal step, the stress distribution was more homogeneous with higher values, showing that tooth embracement reduced flexion.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:23Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-03-31Bitstream added on 2014-06-13T19:00:21Z : No. of bitstreams: 1 pedreiro_mrm_me_ilha.pdf: 2697231 bytes, checksum: 03a00c74c89415af120eb27e83c533b3 (MD5) / Com a crescente evolução da engenharia estrutural e dos diferentes sistemas construtivos, o profissional atuante nessa área necessita incorporar o microcomputador como uma ferramenta básica, de modo a manter a qualidade, a competitividade e a eficiência de seu trabalho. Apesar de o projeto de alvenaria estrutural ter uma modelagem bastante simples, a utilização de ferramentas computacionais desenvolvimento da para análise auxiliar o e cálculo, corresponde do projetista, a no uma parcela significativa do tempo total despendido na execução do projeto. Frente a esse fato, apresenta-se como necessidade imediata o desenvolvimento de códigos computacionais confiáveis que possibilitem efetuar várias simulações de situações de projeto e carregamento. Nesse principal contexto a o presente trabalho simulação numérica do tem como comportamento objetivo não-linear físico de primas de alvenaria estrutural submetidos a ações verticais. O Método dos Elementos Finitos será empregado como modelo discreto elementos aplicado prismáticos na análise triangulares numérica, lineares com utilizando-se seis nós e parabólicos com quinze nós, simulando-se as partes do bloco de concreto (14 x 19 x 29 cm), bem como as juntas de argamassa, efetuando uma modulação tridimensional do prisma, além de considerar de forma separada as características físicas de cada material citado. Neste trabalho demonstra-se todo processo de dedução explicita das matrizes de rigidez para os elementos usados na discretização, sendo que para a consideração da não-linearidade dos materiais utilizou-se o critério de Mohr-Coulomb, permitindo representar a diminuição da rigidez em função da ruptura do material. O código gerado em linguagem Visual Basic permitiu realizar simulações numéricas, cujos resultados quando comparados com resultados experimentais mostraram-se bastante satisfatórios / With the growth of the Structural Engineering and the different building systems, the professional who works in this area needs to incorporate the computer as a basic tool in a way to keep the quality, competitiveness, and the efficiency of his work. Despite of the structural masonry project has a very simple modeling, designer in the the uses of computational development of the tools the and analysis help the calculation, it corresponds to a significant plot of the total time spent on the project execution. Before this fact, it is presented as an immediate necessity the development of computational reliable programs which enables to perform many simulations of design situations and loading. In this context, the present work aims the numerical simulation of nonlinear behavior of physical structural masonry prisms submitted to vertical actions. The Finite Element Method will be employed as discrete models to numerical analysis using triangular linear prisms with six nodes and parabolic prisms with fifteen nodes, simulating concrete blocks parts (14 x 19 x29cm), as well as the mortar joints, making a tridimentional modulation of the prism, besides considering separately the physical characteristics of each cited material. It is presented in this work, the entire process of explicit deduction of the matrices of stiffness to the elements used in the discretization, the Mohr-Coulomb Criteria was used to consider the nonlinear of materials, permitting to represent the decrease of stiffness in function of the material rupture. The code numerical generated in simulations Visual whose Basic language results, when allowed compared making to the experimental, are showed as very satisfying

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2009. / Submitted by Allan Wanick Motta (allan_wanick@hotmail.com) on 2010-08-25T18:05:20Z No. of bitstreams: 1 2009_IvianeCunhaSantos.pdf: 4749089 bytes, checksum: cadbd63b932acb129dd322b3bb7a423b (MD5) / Approved for entry into archive by janne cury nasser(janne@bce.unb.br) on 2010-08-26T12:10:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_IvianeCunhaSantos.pdf: 4749089 bytes, checksum: cadbd63b932acb129dd322b3bb7a423b (MD5) / Made available in DSpace on 2010-08-26T12:10:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_IvianeCunhaSantos.pdf: 4749089 bytes, checksum: cadbd63b932acb129dd322b3bb7a423b (MD5) / Os modelos numéricos vêm sendo cada vez mais utilizados para representar o comportamento das estruturas. O método de elementos finitos pode ajudar no projeto de modificações da estrutura, na análise de carregamento externo, etc., no entanto o nível de exatidão dos modelos numéricos não é suficiente para garantir a precisão requerida na representação de estruturas complexas, como por exemplo, pontes e passarelas. As imprecisões dos modelos numéricos são geralmente devidas às modificações realizadas no processo de modelagem, às incertezas nas propriedades geométricas e dos materiais, imprecisões nas condições de contorno, etc. Para melhorar o modelo numérico de uma passarela, este deve ser atualizado com o intuito de aproximar o comportamento do modelo aos dados modais experimentais, de modo a torná-lo mais preciso. O princípio deste processo é alterar as matrizes do sistema, que descrevem completamente o modelo em elementos finitos, com base nos parâmetros modais obtidos experimentalmente. Neste trabalho avalia-se numericamente uma passarela de pedestres existente na cidade de Brasília, por meio do software ANSYS, onde foi realizada uma análise de sensibilidade para selecionar os parâmetros a serem utilizados no processo de atualização. A atualização foi dividida em duas fases, inicialmente a manual, com o objetivo do refinamento do modelo numérico, e a segunda fase, a automática, onde foi implementado um algoritmo de otimização que utiliza dois métodos: o de Primeira Ordem e o de Aproximação por Subproblema. Os resultados encontrados mostram uma redução do índice FER (Porcentagem de variação da frequência) de 8,77% para 1,50% e um aumento no índice MAC (Modal Assurance Criterion) de 0,870345 para 0,9133. O trabalho conclui que o modelo atualizado pode ser utilizado como uma ferramenta importante para a avaliação da estrutura. Um monitoramento contínuo acompanhado de uma seqüência de atualizações do modelo numérico pode possibilitar a identificação de danos na estrutura. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The numerical models have been increasingly used to represent the behavior of structures. The finite element model can help in the design of structural modifications and analysis of external loading. However, the level of accuracy of numerical models is not sufficient to ensure the required precision in the representation of complex structures, such as bridges and footbridges. The lack of accuracy of numerical models is usually due to changes made in the modeling process, the uncertainties in the geometric and material properties, inaccuracies to represent the boundary conditions, etc. To improve the numerical modelling of a footbridge, the utilized model should be updated in order to approximate the numerical results to the observed experimental data, with the purpose of make it more precise. The principle of this methodology is to change the matrices, which describe completely the finite element model, based on modal parameters obtained experimentally. In this work, we evaluate numerically, using ANSYS software, a footbridge constructed in Brasilia, where sensitivity analysis were performed to select which parameters should be used in the update process. The update has been divided into two stages; the first one is a manual procedure of updating or tuning, with the goal of refinement the numerical model. The second stage, called automatic updating, was implemented with a optimization algorithm that uses two methods: the First Order and the Subproblem Approximation. The result shows a reduction of the index FER (Percent of frequency changes) of 8.77% to 1.50% and an increase in the index MAC (Modal Assurance Criterion) from 0.870345 to 0.9133. This work concludes that the updated model can be used as an important tool for structural evaluation. A continuous monitoring together with a sequence of updates of the numerical model can enable the damage identification of the structure.

O detector de ondas gravitacionais Mário Schenberg consiste de uma massa ressonante esférica de Cu(94%)Al(6%) com 65cm de diâmetro, pesando aproximadamente 1,15T, com um Q mecânico da ordem de 106 e todos os sistemas que possibilitam o seu funcionamento como detector de ondas gravitacionais. O projeto do detector prevê para este uma sensibilidade da ordem de 10-20 (em deformação). Para isso dependerá da eficiência dos sistemas vibracionais que utiliza. Neste trabalho os casadores mecânicos de impedância, foram simulados com um programa de elementos finitos e otimizados quanto à sua banda e acoplamento vibracional. Foi feita a análise do sistema de isolamento vibracional da nova suspensão, por meio da resposta em frequência do ruído sísmico na superfície da esfera, nos mesmos locais onde estão conectados os transdutores. Foi proposto um projeto novo para atenuar os ruídos provenientes do cabeamento que conduz os sinais de micro-ondas. Foi avaliado o efeito do ruído sísmico introduzido na suspensão e na esfera, também nos locais dos transdutores, utilizando este novo projeto. É apresentado um projeto para a conexão térmica do refrigerador por diluição, que a análise por simulação numérica demonstrou ser eficaz. A modelagem para análise vibracional é a melhor já feita para detectores esféricos, isto se comparada às que foram encontrados na literatura. Os resultados alcançados demonstraram que as atenuação em todos os sistemas analisados são adequadas às metas do projeto do detector Mário Schenberg, ou seja, os ruídos remanescentes estão abaixo do ruído térmico esperado na temperatura de 50mK. / The Gravitational Wave detector Mario Schenberg consist of a spherical resonant-mass made of CuAl(6%) with 65 cm diameter e weighting 1.15 Ton, with a Mechanical quality factor of about 106 and all the systems that allows it to word as a gravitational wave detector. The detector design was made for it to reach a sensitivity of 10-20 (strain sensitivity). To reach this goal it depends on the efficiency of the it vibrational systems. In this work the transducers mechanical impedance matchers were simulated with a finite element program and optimized in its band and vibrational coupling. A analysis of the vibrational isolation of the new suspension was made by the frequency response of the seismic noise on the sphere surface, on the same places where they will be connected to the transducers. A new design for attenuation of the noise due to microwave cabling was proposed. The seismic noise introduced on the suspension and on the sphere was simulated using this new design. A design for the dilution refrigerator thermal connection is presented, and its performance is measured in a analysis in a finite element moddeling, and showed itself efficienty. This vibration model for the detector is the best one ever made for spherical detectors, if compared to the literature. Results obtained showed that the atennuation in all the analysed systems are compatible to the Mário Schenberg detector design goals, it means that, the remaining noises are below the expected thermal noise at the temperature of 50 mK.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-12-11T11:29:18Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Pedro Henrique Pedrosa de Melo - 2018.pdf: 47578131 bytes, checksum: 8fbf8b63ebd4d5db7f6f6223bd26712a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-12-12T10:37:34Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Pedro Henrique Pedrosa de Melo - 2018.pdf: 47578131 bytes, checksum: 8fbf8b63ebd4d5db7f6f6223bd26712a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-12-12T10:37:34Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Pedro Henrique Pedrosa de Melo - 2018.pdf: 47578131 bytes, checksum: 8fbf8b63ebd4d5db7f6f6223bd26712a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-10-22 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The present paper deals with the main subjects related to castellated steel beams, initially showing a brief review of the history of emergence and use of the world, highlighting the characteristics that favored the growth of use and the difficulties of its use. The main failure modes are characterized, highlighting the analytical procedures available in the literature to circumvent them, in order to propose a calculation procedure for the design. The proposed procedure is evaluated through the experimental result of four surveys. The work also presents numerical modeling, using Finite Element Method (FEM), for beams available in the technical literature, in order to complement the analysis of beam behavior during loading and to verify the validity of the proposed numerical model, mainly in relation to the analysis criteria adopted in the numerical model, such as von Mises stress distribution, isotropic hardening and tensile stress behavior of the steel using the multilinear graph, also available in the technical literature. The validity allows the proposed beams, with Anglo-Saxon geometry, Litzka and Peiner, to have reliability of analysis of the model, and for the proposed loading the Anglo-Saxon beam obtained greater resistance, mainly due to the small distance between the holes and also the lowest overall width of the aperture. The results of the numerical models, via MEF, showed good precision when compared to the experimental results, showing that MEF is an extremely useful tool for nonlinear analysis, provided the model is properly calibrated. Another important result is the resistance values presented by the proposed analytical procedure, which presents a good approximation to the actual values of the experiment and also the resistance values obtained in the proposed numerical models, and can be adopted for the practical dimensioning of these beams. / O presente trabalho aborda os principais assuntos relacionados às vigas alveolares casteladas, mostrando inicialmente uma breve revisão do histórico de surgimento e utilização pelo mundo, ressaltando as características que favoreceram o crescimento de utilização e quais as dificuldades de seu uso. Os principais modos de falha são caracterizados, ressaltando os procedimentos analíticos disponíveis na literatura para contorná-los, de forma a se propor um procedimento de cálculo para o dimensionamento. O procedimento proposto é avaliado por meio do resultado experimental de quatro pesquisas. O trabalho também apresenta uma modelagem numérica, via Método dos Elementos Finitos (MEF), para vigas disponíveis na literatura técnica, de forma a complementar a análise do comportamento das vigas durante o carregamento e também verificar a validade do modelo numérico proposto, principalmente em relação aos critérios de análise adotados no modelo numérico, como distribuição das tensões de von Mises, endurecimento isotrópico e comportamento tensão x deformação do aço por meio do gráfico multilinear, também disponível na literatura técnica. A validade permite que as vigas propostas, com geometria Anglosaxão, Litzka e Peiner, possuam confiabilidade de análise do modelo, sendo que para o carregamento proposto a viga Anglo-saxão obteve maior resistência, devido principalmente pela pequena distância entre os furos e também a menor largura total da abertura. Os resultados dos modelos numéricos, via MEF, apresentaram boa precisão quando comparado aos resultados experimentais, mostrando que que o MEF é uma ferramenta extremamente útil para análises não-lineares, desde que o modelo esteja devidamente calibrado. Outro resultado importante são os valores de resistência apresentados pelo procedimento analítico proposto, ao qual apresenta boa aproximação aos valores reais do experimento e também dos valores de resistência obtidos nos modelos numéricos propostos, podendo, assim, ser adotado para o dimensionamento prático dessas vigas.

Para realizar ensaios de fadiga, é preciso que a máquina ou equipamento de testes tenha uma durabilidade muito maior que as estruturas ou componentes a serem ensaiados. O presente trabalho propõe-se a investigar a estrutura de uma máquina de ensaio de fadiga de cadeira de rodas, com o objetivo de determinar sua vida em fadiga. Para isto, uma análise da interação entre cadeira de rodas e máquina de ensaio é feita, do ponto de vista dinâmico, através de dados experimentais e modelagem em elementos finitos. A máquina de ensaio é constituída por uma estrutura com dois tambores rotativos, que possuem ressaltos, e suportam as rodas da cadeira de rodas. Estimada a força no tempo que a cadeira exerce sobre os tambores, calculam-se as tensões na estrutura, identificam-se as regiões de maiores tensões e estima-se a vida em fadiga da estrutura. / Fatigue analysis of full-scale structures and components is possible by using appropriated devices and machines which has to be much more durable than the structures or components being tested. The present work is proposed to investigate the structure of a wheelchair fatigue testing machine and predict its fatigue life. To reach this goal a dynamic analysis based on experimental data combined with the finite element method of the testing machine and wheelchair interaction is done. The machine is made of a structure and two turning drums that have slats and support the wheelchairs. With the timedependent force that wheelchair applies to the drums, the stresses are calculated to the whole structure, the sites with higher stresses are identified and the fatigue life of the structure is predicted.

The study of non-Newtonian flow is presents itself as relevant in bioengineering field, specially for design of devices that conduct blood, as arterial bypass grafts. Improvements in reducing energy dissipation and blood cell damage caused by artificial flows can be achieved by using numerical simulation and optimization methods. Thus, the present work proposes the study of design channels for steady, incompressible non-Newtonian flow, by using Topology Optimization Method based on the density method. The fluid flow is modeled with the Navier-Stokes equations coupled with Carreau-Yasuda constitutive equation for the dynamic viscosity to take into account the effects of the non-Newtonian blood properties. The Topology Optimization Method distributes regions of solid and fluid, given a volume constraint, within a specified domain in order to obtain a geometry and layout that minimizes energy dissipation, shear stress and vorticity by using the material pseudo-density as design variable. To apply this method to fluidic systems design, a fictional porous media based on Darcy equation is introduced. The flow model is implemented in its discrete form by using the Finite Element Method through the OpenSource platform FEniCS, applied to automate the solution of mathematical models based on differential equations. The optimization problem is solved by using the library DOLFIN-adjoint and IPOpt optimizer. Optimized topologies of channels for blood flow, focusing in arterial bypass grafts, are presented to illustrate the proposed method. / O estudo de escoamento de fluidos não-Newtonianos apresenta-se relevante no campo de bioengenharia, em especial no projeto de dispositivos para condução de sangue, como bypass arterial. Melhorias na redução de dissipação de energia e no dano às células sanguíneas causados por fluxos artificiais podem ser obtidas através do uso de técnicas de simulação e otimização numéricas. Deste modo, este trabalho propõe o estudo do projeto de canais para escoamentos incompressíveis em regime permanente de fluidos não-Newtonianos através do Método de Otimização Topológica baseado no método de densidade. O escoamento é modelado com as equações de Navier-Stokes acopladas com a equação constitutiva de Carreau-Yasuda para a viscosidade dinâmica, para que sejam considerados os efeitos das propriedades não-Newtonianas do sangue. O Método de Otimização Topológica distribui regiões de sólido e fluido, dada uma restrição de volume, dentro de um domínio especificado de modo a obter uma geometria e configuração que minimize a dissipação de energia, tensão de cisalhamento e vorticidade, utilizando a pseudo-densidade do material como variável de projeto. Para aplicar este método a sistemas fluidos, um meio poroso fictício, baseado na equação de Darcy, é introduzido. O modelo de escoamento é implementado em sua forma discreta utilizando o Método de Elementos Finitos através da plataforma OpenSource FEniCS, aplicada para automatizar a solução dos modelos matemáticos baseados em equações diferenciais, e o problema de otimização é resolvido utilizando a biblioteca DOLFIN-adjoint e otimizador IPOpt. Topologias otimizadas de canais para fluxo de sangue, com foco em bypass arterial, são apresentadas para ilustrar o método proposto.

As bombas de fluxo, além das aplicações clássicas em Engenharia, são instrumentos importantes em áreas como a Bioengenharia, seja para o bombeamento de sangue ou dosagem de reagentes e medicamentos, e na área de refrigeração de equipamentos eletrônicos. Muitos dos novos princípios aplicados no desenvolvimento desse tipo de bomba de fluxo baseiam-se no uso de atuadores piezelétricos. Esses atuadores apresentam certas vantagens em relação a outros tipos tradicionalmente utilizados, como maior potencial de miniaturização, menor geração de ruídos e número reduzido de partes móveis. Entre os vários tipos de bombas de fluxo piezelétricas destacam-se as baseadas nos movimentos ondulatórios e oscilatórios, como o nadar dos peixes. É bem conhecido que os peixes ao nadarem não provocam a morte de micro-organismos ao seu redor, o que torna esse princípio bem promissor para as aplicações em Biotecnologia, por exemplo. Assim, o presente trabalho de mestrado dedica-se ao estudo de novas configurações de atuadores piezelétricos bilaminares associados em paralelo e série para bombeamento de líquidos através do princípio oscilatório, a fim de se obter maiores vazões ou pressões. O escopo deste projeto abrange, computacionalmente, análises estruturais de atuadores piezelétricos bilaminares e simulações do escoamento de fluido e, experimentalmente, construções de protótipos para validação de resultados. Inicialmente é investigado o comportamento de um único atuador piezelétrico bilaminar em fluido viscoso (água), a fim de se dominar o princípio de funcionamento proposto neste trabalho. Esse estudo serviu de referência para as configurações de atuadores em série e paralelo propostas. Espera-se que a configuração dos atuadores em paralelo apresente um ganho na vazão de saída, enquanto que a configuração dos atuadores em série apresente um ganho na pressão de saída. Ao longo desta dissertação são apresentadas a metodologia empregada e as discussões dos resultados obtidos, de forma a analisar o princípio proposto e os fenômenos físicos em questão. / Flow pumps, in addition to traditional applications in Engineering, are important tools in areas such as Bioengineering, applied to blood pumping, dosage of medicine and chemical reagents, and in the field of thermal management solutions for electronic devices. Many of the new principles in flow pumps development are based on the use of piezoelectric actuators. These actuators present some advantages in relation to other applied types, for example, miniaturization potential, lower noise generation and fewer numbers of moving parts. Flow pumps based on undulatory and oscillatory movements, such as fish swimming, stand out among the various types of piezoelectric flow pumps. It is well known that fish swimming does not cause the death of microorganisms, what makes this principle applicable in Biotechnology, for example. Thus, the objective of this work is to study parallel-cascade configurations of bimorph piezoelectric actuators for liquid pumping based on the oscillatory principle, in order to obtain higher flow rates and pressure. The scope of this work includes structural and analyses of bimorph piezoelectric actuators and fluid flow simulations, and construction of prototypes for result validation. First, it is investigated the behavior of a single bimorph piezoelectric actuator oscillating in viscous fluid (water) to better understand the working principle used in this work. The study of a single piezoelectric actuator was used as a reference for the other proposed parallel-cascade configurations of actuators. It is expected that parallel actuators achieve higher flow rates, while the series actuators achieve higher pressures. The methods employed are presented and the obtained results are discussed, analyzing the principle and the related physical phenomena.