Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Geotecnia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Ciências de Engenharia, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Profs. Drs. José Manuel de Almeida César de Sá e Luísa Maria Pimenta Abreu Costa Sousa

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Ciências de Engenharia, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação dos Professores Doutores Alírio Egidio Rodrigues e Alberto Sereno

Thesis submitted for obtain the degree of Doctor of Philosophy, at the University of Wales

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-12-20Bitstream added on 2014-06-13T19:40:18Z : No. of bitstreams: 1 silva_rm_dr_ilha.pdf: 2780916 bytes, checksum: 6decfae89e48d3addc3e2f3c8889ff34 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Neste trabalho é apresentada a modelagem analítica baseada nas equações de Maxwell e a modelagem numérica baseada no Método da Simulação de Cargas (MSC) e no Método dos Elementos Finitos (MEF) empregados no cálculo do campo eletromagnético quase-estático em linhas de transmissão. O método dos elementos finitos consiste numa adaptação do método residual de Galerkin. Ele é atualmente considerado um método matemático para a solução de equações diferenciais parciais, entre as quais se inclui a Equação de Poisson, Equação de Laplace, Equação de Helmholtz, Navier-Stokes, etc. Esse é um método de aproximação de problemas contínuos em domínios fechados onde o contínuo se divide em um número finito de partes, ou elementos, cujo comportamento se especifica mediante um número finito de parâmetros associados a certos pontos característicos denominados nós. Os nós são os pontos de união de cada elemento com seus adjacentes. A solução do sistema completo segue as regras dos problemas discretos. O sistema completo se forma pela associação dos N elementos. As incógnitas do problema deixam de ser funções matemáticas e passam a ser o valor dessas funções nos n nós. O comportamento no interior de cada um dos N elementos passa a ser definido a partir do comportamento dos n nós, mediante adequadas funções de interpolação ou funções de forma. A precisão do método depende da forma do elemento da malha bidimensional, ou seja, se ele é triangular ou quadrilateral, por exemplo. Além disso, a quantidade de pontos de integração e conseqüentemente a base polinomial do elemento finito, podem ser explorados para aumentar a precisão dos resultados. A base do método dos elementos finitos são as funções de mapeamento, e suas derivadas. No método de Galerkin as funções de mapeamento são igualadas às funções de forma originando os elementos... / In this research is presented a mathematical modeling based on Maxwell's equations and numerical modeling based on Charge Simulation Method (CSM) and the Finite Element Method (FEM) for calculating the quasi-static electromagnetic field in transmission lines. The finite element method is an adaptation of Galerkin residual method. It’s currently considered a mathematical method for solving partial differential equations, among which includes the Poisson equation, Laplace equation, Helmholtz equation, Navier-Stokes, etc. This is an approximation method of continuing problems in closed domains where the continuous is divided into a finite number of parts or elements whose behavior is specified by a finite number of parameters associated with certain characteristic points called nodes. The nodes are union points of each element with its adjacent. The solution of the entire system follows the rules of the discrete problems. The complete system is formed by the association of N elements. The unknowns of the problem, mathematical functions, become the value of these functions on n nodes. The behavior within each of elements N is now defined from the behavior of n nodes, using appropriate interpolation functions or shape functions. The method precision depends on the shape of two-dimensional mesh element, i.e., if it is triangular or quadrilateral. Moreover, the number of integration points and therefore the polynomial finite element basis, can be exploited to increase the accuracy of the results. The basis of the finite element method are the mapping functions and their derivatives. In the Galerkin method the mapping functions are matched to the shape functions form the isoparametric. Finally, from above definitions, simply refer to the tables of numerical integration, showing how the elements are integrated, and use them in the rest of the numerical modeling

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-02Bitstream added on 2014-06-13T18:34:53Z : No. of bitstreams: 1 correard_gcc_me_guara.pdf: 1877382 bytes, checksum: f137894497df23a88143686cf4323f80 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo desta pesquisa foi apresentar um método de análise para a solução de problemas de contato por elementos finitos e o cálculo dos componentes mecânicos que fazem parte do projeto de uma roda de aço. Foi demonstrado passo a passo à execução de um cálculo analítico da roda de uma Comporta Vagão, calculando as cargas radial e axial presentes, verificando a tensão de Hertz, as tensões localizadas no cubo da roda, as tensões atuantes no eixo e a seleção do rolamento. Após esta etapa retiraram-se os parâmetros iniciais que foram utilizados no cálculo analítico para buscar o cálculo por elementos finitos. Assim, foram definidas as superfícies de contato, a geometria dos componentes, a malha, as restrições, as condições de contorno e por fim a análise dos resultados encontrados antes e após o projeto. Dessa maneira, podê-se determinar com precisão os pontos de concentração de tensão para eliminação as falhas. Com a busca deste cálculo, usando a análise por Elementos Finitos, respaldado pelo cálculo analítico, foi possível reduzir o diâmetro da roda para obter ganhos em massa para este tipo de equipamento que usa uma quantidade alta de rodas (acima de 100 rodas), sem alteração da confiabilidade das peças durante seu funcionamento. / The objective of this research was to present an analysis method for the solution of contact problems for finite elements and the calculation of the mechanical components that are part of the project of a steel wheel. It was demonstrated step by step the execution of an analytic calculation of the wheel of a Fixed Wheel Gate, calculating the radial and axial loads present, verifying the Hertz pressure, the concentrated stresses in the hub of the wheel, the acting stresses in the shaft and hub, and the selection of the roller bearings. After this stage the initial parameters were used in the analytic calculation in order to obtain the calculation using finite elements. After this, it was defined the contact surfaces, the geometry of the components, the mesh, the restrictions, the real constraints and finally the analysis of the results found before and after the project. After this calculation, the other analysis was established in order to determine the points of concentration stress accurately for the elimination of fails. In order to obtain the calculation, using Finite Elements, by the analytic calculation it was possible to reduce the diameter of the wheel to obtain earn in mass for this type of equipment that uses a high amount of wheels (above 100 wheels), without alteration of the reliability of the parts during the operation.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-02-10Bitstream added on 2014-06-13T20:18:37Z : No. of bitstreams: 1 anchieta_rb_me_araca.pdf: 7195179 bytes, checksum: 1c86045d84983285e3b0998f11288632 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Introdução: Embora os sistemas adesivos autocondicionantes se caracterizem por desmineralizar e infiltrar a dentina simultaneamente, a presença de dentina alterada abaixo da camada híbrida tem sido reportada, sugerindo comportamento mecânico distinto. Proposição: Avaliar por meio do método dos elementos finitos tridimensional a influência da espessura da dentina parcialmente alterada no comportamento micromecânico de dois sistemas adesivos autocondicionantes. Materiais e Métodos: Foram elaborados 5 micro-modelos (M) simulando a interface dentina/adesivo (d/a) (82x41x41 μm), sendo: M1-representação da interface d/a baseada em sistema adesivo convencional de 2 passos; M2-representação de um sistema adesivo autocondicionante de 2 passos. Nos M3, M4 e M5 representação de um sistema adesivo autocondicionante de 1 passo, variando a espessura da camada de dentina parcialmente alterada em 0, 1,5 e 3 μm, respectivamente. Os modelos foram considerados isotrópicos, homogêneos e linearmente elásticos. A base de todos os modelos foi fixada nos eixos x, y e z, sendo aplicado um carregamento em tração (90º; 0,03 N) na face superior da resina composta. A análise numérica foi realizada para a obtenção da tensão principal máxima ( max). Resultados: o pico da max (MPa) foi encontrada no M5 (79,5), seguido do M4 (78,0) e do M3 (70). O topo dos tags foi o local mais solicitado em todos os modelos. Conclusão: O aumento da espessura da dentina parcialmente alterada aumentou a tensão na interface d/a; a ausência desta camada contribuiu para a menor concentração de tensão; o topo dos tags foi o local mais exigido na interface d/a. / Introduction: Although the self-etching adhesives are characterized by etching and infiltrating simultaneously the dentin, the presence of an altered dentin layer has been showed by literature, which might show specific mechanical behavior. Proposition: To evaluate through 3-D finite element analysis the influence of the partially altered dentin thickness on the micromechanical behavior of the self-etch adhesives. Materials and Methods: 5 micro-models (M) were developed for simulating the dentin/adhesive (d/a) interface (82x41x41 μm): M1-representation of the d/a interface based on 2 steps conventional adhesive system; M2-d/a interface based on 2 steps self-etch adhesive system M3, M4 and M5 – d/a interface based on all-in-one adhesive system, varying the thickness of the partially altered dentin (0, 1.5 and 3 μm, respectively). All the models were considered isotropic, homogeneous and lineally elastic. The bottom of all the models were constrained in the axes x, y and z. A tensile load (90o; 0.03N) was applied on the top of the composite resin. The numeric analysis was accomplished, being obtained the maximum principal stress ( max). Results: The pick of max (MPa) was found in M5 (79.5), followed by M4 (78.0) and M3 (70). The top of the resin tags was the most requested place in all models. Conclusion: The increase of the partially altered dentin thickness raised the max in the d/a interface; the absence of this layer contributed to the smallest tension concentration; the top of the tags showed higher stress concentration.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-05Bitstream added on 2014-06-13T19:58:23Z : No. of bitstreams: 1 000738205.pdf: 11748078 bytes, checksum: f498d70af73bd4b59e43f830c28ec206 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A condição de carga tem sido considerada o fator mais importante para a manutenção em longo-prazo da osseointegração e sucesso do tratamento reabilitador, portanto, é essencial otimizar a distribuição da carga mastigatória no complexo implante-coroa-parafuso. A proposta do presente estudo foi analisar, através do método dos elementos finitos tridimensionais, a influência do carregamento oclusal parafuncional, da proporção coroa/implante e da conexão protética (hexágono externo, hexágono interno e cone-morse) na distribuição das tensões em próteses unitárias implantossuportadas. Foram confeccionados cinco modelos tridimensionais com o auxílio de um scanner 3D MDX-20 e dos programas de modelagem gráfica: Rhinoceros 3D 4.0 (NURBS Modeling for Windows, EUA) e SolidWorks 2010 (SolidWorks Corp, Massachusetts, USA). Cada modelo foi composto por um bloco ósseo proveniente da região molar mandibular, por um implante dentário (Conexão Sistema de Prótese Ltda, São Paulo, Brasil) e por coroa metalocerâmica com diferentes alturas: 10, 12.5 e 15 mm. Os modelos tridimensionais foram exportados para o programa de elementos finitos FEMAP 10.1 (Noran Engineering, Inc., EUA), para estabelecimento das condições de contorno e geração da malha de elementos finitos. Aplicou-se uma carga funcional (200 N axial e 100 N oblíqua), bem como uma carga parafuncional (1000 N axial e 500 N oblíqua). A carga axial foi dividida em 4 pontos, localizados nas vertentes internas das cúspides, enquanto que a carga oblíqua foi dividida em 2 pontos, os quais localizaram-se nas vertentes internas das cúspides linguais. Os resultados foram visualizados por meio dos mapas de Tensão de von Mises e mapas de Tensão Máxima Principal. O carregamento parafuncional e o aumento da proporção coroa/implante induziram um aumento da área de distribuição e da magnitude das tensões no... / The load condition has been considered the most important factor for the long-term osseointegration maintenance and for the rehabilitation treatment success, then, it is essential to optimize the masticatory loading distribution on the implant-crown-screw complex. The purpose of this study was to analyze, through the 3D finite element method, the influence of parafunctional occlusal loading, the crown/implant ratio and the prosthetic connection (external hexagon, internal hexagon and morsetaper) on stress distribution in implant-supported single prostheses. Five 3D models were created with the aid of a 3D scanner MDX-20 and the graphical modeling softwares: Rhinoceros 3D 4.0 (NURBS Modeling for Windows, USA) and SolidWorks 2010 (SolidWorks Corp., Massachusetts , USA). Each model was composed of a bone block from the mandibular molar region, a dental implant (Conexão Sistema de Prótese Ltda, São Paulo, Brazil) and a metal-ceramic crown with different heights: 10, 12.5 and 15 mm. The 3D models were exported to the finite element software FEMAP 10.1 (Noran Engineering, Inc., USA) to have the boundary conditions established and the finite element meshes generated. A functional load (200 N axial and 100 N oblique) and a parafunctional load (1000 N axial and 500 N oblique) were applied on the occlusal surface of the crowns. The axial load was divided in four points located in the internal slope of the cusps, while the oblique load was divided into two spots, which were located in the internal slopes of the lingual cusps. The results were visualized through von Mises Stress and Maximum Principal Stress maps. The parafunctional load and the increased crown/implant ratio caused an increase in the distribution area and of the magnitude of the stresses in the implant (hexagon region, platform and first thread) and screw (neck). The conical internal connection ...

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:58Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12-06Bitstream added on 2014-06-13T20:58:51Z : No. of bitstreams: 1 archangelo_cm_me_araca.pdf: 2727002 bytes, checksum: 70ce356e1f90c64c2cd8afe4655ae354 (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Em função da adoção de hipóteses simplificadoras nos estudos através do método dos elementos finitos (MEF), os dados sobre a menor solicitação das estruturas de suporte na associação da prótese parcial removível de extremidade livre (PPREL) com um implante osseointegrado são inconclusivos. Assim, foi objetivo do presente estudo avaliar, através do MEF bidimensional, a distribuição interna das tensões nas estruturas de suporte da PPREL associada a um implante osseointegrado, em função da reprodução homogênea e não-homogênea do ligamento periodontal (LP). Para isso, 6 modelos (M) foram criados no programa AutoCAD 2005 (Autodesk Inc.; USA), representando: MA - hemiarco contendo somente o dente 33 e o rebordo desdentado para distal; MB - semelhante ao A, com uma PPREL substituindo os dentes ausentes; MC - semelhante ao B, com um implante (Sistema Bränemark - 3,75 mm x 10,0 mm) na região retromolar suportando a base da prótese; MD, ME e MF semelhantes aos modelos A, B e C, respectivamente, com exceção do LP, que foi modelado de forma não-homogênea, com a representação de 4 conjuntos de fibras: fibras da crista, horizontais, oblíquas e apicais. Após isso, os modelos foram exportados para o programa de elementos finitos ANSYS 8.0, e carregados com forças estritamente verticais de 50N em cada ponta de cúspide, fracionadas em 5 pontos de 10N. Os mapas gerais de tensões evidenciaram máxima e mínima concentração de tensões de (em MPa): MA (58,976 e 0,0045); MB (77,863 e 0,0551); MC (207,195 e 0,0057); MD (110,33 e 0,0137); ME (191,36 e 0,0044) e MF (326,60 e 0,0076), com deslocamento máximo de (mm): MA (0,0631); MB (0,1263); MC (0,1142); MD (0,2709); ME (0,1960) e MF (0,2019). / The application of many hypotheses in a finite element analysis (FEA) has been critical to obtain precise results in the removable partial denture treatment associated with an osseointegrated implant. In view of that, the purpose of the present study was to evaluated, through 2-D finite element analysis, the stress distribution in the support structures of a free-end saddle removable partial denture (RPD) associated with an osseointegrated implant, in function of the homogenous and non-homogenous condition for the periodontal ligament. For this, 6 models (M) were created in the AutoCAD software (Autodesk Inc.; USA), representing: MA - hemiarch contain only the natural tooth (33) and edentulous space in the posterior region; MB - similar to MA, with an RPD replacing the absent teeth; MC - similar to MB, with an osseointegrated implant (Branemark System - 3.75 x 10.00 mm) positioned in a posterior region in order to support the RPD base; MD, ME and MF - identical to MA, MB and MC, respectively; however, in these models, the periodontal ligament was considered an non-homogenous structure by the incorporation of four fibers groups in a sagital plane: alveolar crest fibers, horizontals, oblique, and apical fibers. After this, the models were exported to the finite element program (ANSYS 8.0) and loaded with verticals forces (50N) in each cusp. The results showed maximum and minimum stress (MPa): MA (58.976 and 0.0045); MB (77.863 and 0.0551); MC (207.195 and 0.0057); MD (110.33 and 0.0137); ME (191.36 and 0.0044) and MF (326.60 and 0.0076). The maximum displacement (mm) was: MA (0.0631); MB (0.1263); MC (0.1142); MD (0.2709); ME (0.2019) and MF (0.2019). (Complete abstract click eletronic address below)