Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:12Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-18Bitstream added on 2014-06-13T20:55:50Z : No. of bitstreams: 1 bilesky_lr_me_guara.pdf: 2349618 bytes, checksum: 3eb03caaf25a8d5f38a49d2585f825ca (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O ensaio de tração “off-axis” é um método utilizado para obter o comportamento de materiais ao cisalhamento. Neste ensaio o eixo de simetria do material faz um ângulo com os eixos do corpo de prova. Numa grande extensão do corpo de prova é produzido um estado de tensão uniaxial e homogêneo, diferente do que ocorre nos ensaios normatizados para o cisalhamento, com a sobreposição de tensões e deformações não lineares no corpo de prova. Neste trabalho foi realizado o estudo numérico da aplicabilidade do ensaio de tração “off-axis” pelo método dos elementos finitos para a madeira de Eucalyptus citriodora. Para isto, foi realizado o estudo dos campos tensões presentes no corpo de prova do ensaio proposto pela NBR 7190 (1997), através de simulação numérica. O resultado da simulação numérica do ensaio proposto pela NBR 7190 (1997), para a madeira de Eucalyptus citriodora, demonstrou que não ocorre na região cisalhante um estado de tensão homogêneo como pretendido. Por outro lado, a simulação numérica do ensaio “off-axis” mostrou, numa região dos corpos de prova LR e LT uma distribuição de tensões homogêneas e deformações uniformes. Para o plano de ortotropia RT isto não ocorreu / The tensile off-axis test is a method used to obtain the shear behavior of materials. In this test, the symmetry material axis is rotated with the axes of the specimen. In a large extension of the specimen is produced a state of uniaxial and homogeneous stress, unlike what occurs standardized tests for shear, with the overlap of nonlinear stress and strain. In this work was realized a numerical study of applicability of the off-axis test by finite element method for Eucalyptus citriodora. For this, we performed a study of distribution of stress and strain fields in a specimen proposed by NBR 7190 (1997), through numerical simulation. The results of numerical simulation of the test proposed by NBR 7190 (1997), demonstrated that not occur a stress homogeneous state in the shear area, as desired. Moreover, the numerical simulation of the off-axis test in a large region of the specimen LR and LT, produced a homogeneous distribution of stress and uniforms strains. For the orthotropic plane RT this has not happened

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2018-04-09T17:11:34Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284718 bytes, checksum: 33eac63a58120f212251a53045c788b8 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-09T17:11:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2284718 bytes, checksum: 33eac63a58120f212251a53045c788b8 (MD5) Previous issue date: 2018-02-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As vigas casteladas são obtidas a partir de perfis I cortados longitudinalmente na alma, deslocados em seu comprimento e soldados, produzindo aberturas hexagonais ou octogonais, quando entre as partes são introduzidas chapas expansoras, promovendo assim o aumento da inércia dos perfis sem alteração significativa do peso. Dessa forma, essas vigas são indicadas para grandes vãos e situações em que os estados limites de serviço condicionam o dimensionamento, além de possuírem forte apelo arquitetônico, facilitando a passagem das instalações prediais pelas aberturas e consequente redução da altura da edificação. Porém, a presença de aberturas na alma modifica a distribuição de tensões na alma do perfil castelado em relação ao perfil de alma cheia, reduzindo sua capacidade resistente sob determinadas condições de carregamento, podendo ocasionar fenômenos de instabilidade próprios das vigas casteladas. Esses comportamentos podem ser ainda mais alterados em situação de incêndio, uma vez que, com o aumento da temperatura, o aço tem seu módulo de elasticidade e sua resistência degradadas. Assim sendo, realizou-se um estudo numérico, com o uso do software ABAQUS, de vigas casteladas de aço nos padrões Litzka, Peiner e anglo-saxão submetidas a altas temperaturas, o que permitiu delinear o comportamento dessas vigas quanto à flambagem do montante de alma em situação de incêndio. Os resultados obtidos na análise numérica foram validados com os obtidos experimentalmente por Vieira (2015) 1 e por Redwood e Demirdjian (1998) 2 para a temperatura ambiente, e foram utilizados para proposição de uma formulação para dimensionamento de tais vigas em situação de incêndio, com base nas proposições da norma ABNT NBR 14323:2013 e na analogia com o modelo de biela. / The castellated steel beams are manufactured from I-section steel beams that are cut longitudinally along the web and then web-post are re-welded together. The obtained castellated steel beam has hexagonal or octagonal openings and so a higher inertia than the original beam. Therefore, these beams are suitable for structures with long spans and for situations where the serviceability limit state is critical. They also have strong architectural appeal and allow service integration to be installed within the beam depth, which reduces the height of the building. Due to the openings in the web, the stress distribution is modified in relation to the solid web beam and the resistance is reduced. Thus, local failures modes may occur in castellated beams. In fire, these behaviors can be further modified, because, with the elevation of the temperature, the elasticity modulus and the strength of the steel are degraded. Therefore, a numerical study of Litzka, Peiner and anglo-saxon castellated steel beams exposed to elevated temperatures was done with the software ABAQUS. The results of numerical analysis were validated with experimental results at ambient temperature (REDWOOD and DEMIRDJIAN, 1998; VIEIRA, 2015), and had been used to propose a formulation for the design of castellated steel beams in fire, based on the propositions of ABNT NBR 14323:2013 and the strut model analogy.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-05-30T15:03:38Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1457079 bytes, checksum: ee76d76588c4d79723660b96f9cc16dd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-30T15:03:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1457079 bytes, checksum: ee76d76588c4d79723660b96f9cc16dd (MD5) Previous issue date: 1998-07-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O assunto abordado por esta pesquisa referiu-se às estacas carregadas lateralmente, usadas em diversas estruturas: de contraventamento em edifícios; portuárias, para resistir às ondas marítimas; de contenção de solos ou rochas, para resistir a abalos sísmicos; e de pilares de pontes. Vários métodos para o cálculo de estacas carregadas lateralmente foram baseados na teoria da viga sobre apoio elástico. Tais métodos apresentaram, contudo, algumas limitações, pelo fato de considerarem o solo homogêneo, o problema em duas dimensões e a ausência de tensões cisalhantes entre o solo e a estaca. Em virtude desse fato, o objetivo deste trabalho foi construir um modelo de análise não-linear, formado por elementos finitos tridimensionais de oito nós, levando-se em consideração a heterogeneidade do solo, a natureza tridimensional do problema e as tensões cisalhantes entre o solo e a estaca. Na construção do modelo, utilizou-se o programa SAP90, que, entretanto, só permite análises lineares e elásticas. A consideração da não-linearidade do problema da estaca carregada lateralmente foi feita através de um processo incremental, com a superposição de soluções lineares. Para avaliar a eficiência do modelo, quatro provas de carga lateral em estacas foram retroanalisadas. A partir dos resultados obtidos das retroanálises, as faixas de variações dos módulos de elasticidade do solo da camada principal e do concreto da estaca foram determinadas. Foram desenvolvidas, também, equações para obtenção dos deslocamentos yLS e yLC, indispensáveis à construção da curva H x y de uma estaca carregada lateralmente. Finalmente, concluiu-se que as análises não-lineares das quatro estacas carregadas lateralmente em verdadeira grandeza atestaram o bom desempenho do modelo de elementos finitos tridimensionais. / The subject of this research to the laterally loaded piles used in various engineering structures: in the contrary wind of buildings; in the ports to resist sea waves; in the rocks and soils’ cantilever, to resist the seismic shakes; and in bridge piers. Many methods of calculus of the laterally loaded piles were based on the beam upon elastic foundation theory. However, these methods demostrated some limitations, once they considerred the soil as an homogeneous matter, the problem in two dimensions and the apsence of the shearing stresses between soil and pile. Hence, the objective of this work was to build a non-linear analysis model formed by eight joint tridimensional finite elements, taking into account the soil heterogenity of the soil, the tridimensional nature of the problem and the shearing stresses between soil and pile. The SAP90 program, Which only allows elastic and lineal analysis, was used when buildigin the model. The non-linearity of the laterally loaded pile problem was considered through an incremental process, with the superposition of lineal solutions. Four lateral load tests with piles where retroanalysed in order to evaluate the model performance. The variation bands of the elasticity modulus of the main lay soil and the pile concrete were determined through the retroanalysis results. Equations to calculate the displacements yLS and yLC, which are indispensable to build the H x y bend of a laterally loaded pile were performed as well. Finally, it was concluded that the non-linear analysis of the four laterally loaded piles in their actual dimensions proved the tridimensional finite elements model positive performance. / Não foi encontrado o cpf do autor.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-08-29T18:25:11Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 19418 bytes, checksum: 6dde0d96f18aca4c252a500311f54121 (MD5) DISSERTAÇÃO_ModeloNuméricoAnálise.pdf: 1623430 bytes, checksum: 3812aa3ffc0e05e77eab2d2d39301f4e (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-10-06T23:54:51Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 19418 bytes, checksum: 6dde0d96f18aca4c252a500311f54121 (MD5) DISSERTAÇÃO_ModeloNuméricoAnálise.pdf: 1623430 bytes, checksum: 3812aa3ffc0e05e77eab2d2d39301f4e (MD5) / Made available in DSpace on 2014-10-06T23:54:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 19418 bytes, checksum: 6dde0d96f18aca4c252a500311f54121 (MD5) DISSERTAÇÃO_ModeloNuméricoAnálise.pdf: 1623430 bytes, checksum: 3812aa3ffc0e05e77eab2d2d39301f4e (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta dissertação tem como objetivo a implementação computacional do modelo constitutivo elástico perfeitamente plástico com base no critério de ruptura de Hoek-Brown e com plasticidade associada para análise não linear tensão deformação de obras geotécnicas, tais como escavações e fundações superficiais, em maciços rochosos. As implementação computacionais foram realizadas no programa ANLOG com base na formulação em deslocamento do método dos elementos finitos. Em função da natureza não linear do modelo constitutivo adota-se um processo de solução em nível global incremental interativo do tipo Newton-Raphson com incrementos automáticos de carga de modo a garantir o equilíbrio. Além disto, um algoritmo explícito com sub-incrementos automáticos de deformação é adotado para integração de tensão em nível local de modo a garantir a condição de consistência. Os resultados de simulações numéricas de ensaios triaxiais convencionais, adotando diferentes trajetórias de tensão, confirmam a implementação computacional. Exemplos relacionados com abertura de cavidades e capacidade de suporte em maciços rochosos foram usados para validar as implementações computacionais e demonstrar a aplicabilidade do modelo numérico gerado. ______________________________________________________________________ / ABSTRACT: This dissertation aims the computational implementation of an elastic perfectly plastic constitutive model based on the Hoek-Brown failure criterion and with non-associative plasticity in order to be applied to non-linear analysis of geotechnical problems as excavation and shallow foundation in rock mass. The computational implementation was carried out into ANLOG system based on the finite element method displacement formulation. Due to the non-linear nature of the constitutive model an incremental iterative Newton-Raphson procedure with automatic increments of load is adopted in order to guarantee the equilibrium in global level. Besides, in order to guarantee the consistency condition in local level, an explicit algorithm with automatic sub increment of strain is adopted for the stress integration. Results from the numerical simulation of conventional triaxial test, following different stress path, have confirmed the computational implementation. Examples related to circular opening and bearing capacity in rock mass were used in order to validate the computational implementation and the applicability of the numerical model developed.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:47Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-06-27Bitstream added on 2014-06-13T19:31:50Z : No. of bitstreams: 1 joiafilho_p_me_bauru.pdf: 1705037 bytes, checksum: e438b4083e3b354705865523aa6eb7a4 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Uma das primeiras fases da análise estrutural por elementos finitos é a criação do modelo geométrico. Este modelo deve representar fielmente a estrutura no que diz respeito a ângulos, dimensões e forma. Quando os objetos de estudo são estruturas biomecânicas, a dificuldade na realização das análises aumenta, primeiro porque os modelos considerados apresentam geometria quase sempre irregular, segundo pela dificuldade na realização de experimentos desta natureza, já que envolvem, em geral, organismos e tecidos vivos. Inserida, portanto, no contexto de Modelagem Científica Computacional, esta pesquisa procurou aplicar a computação a outras áreas do conhecimento, com o objetivo de criar modelos computacionais para situações em que é inviável testar ou medir as diversas soluções possíveis para um fenômeno a partir de modelos experimentais, neste caso, regiões ósseas. Para atingir este objetivo um programa computacional foi desenvolvido: o bioMeshCreate. O bioMeshCreate é uma aplicação final, independente, multi-plataforma, orientado a objeto, implementado em C++ com o auxílio de um toolkit de visualização científica, o VTK (The Visualization Toolkit), e seu objetivo principal é reconstruir estruturas ósseas tridimensionais a partir de seções planas, normalmente imagens médicas digitais obtidas por exames de tomografia computadorizada ou ressonância magnética. A aplicação também permite visualizar as fatias planas, gerar a malha sobre a superfície reconstruída, aplicar filtros de redução de elementos e suavização de superfícies e integrar o volume obtido com softwares de análise por elementos finitos, a fim de completar a análise sobre a estrutura. Ainda é possível exportar dados em formatos compatíveis com processos de prototipagem rápida e gerar modelos de realidade virtual, os quais podem ser distribuídos e visualizados em um browser... / One of the first phases of the structural analysis by finite elements is to create a geometric model. This model must faithfully represent the structure in what is related to angles, dimensions and form. When the study objects are biomechanical structures, the level of difficulty in the accomplishment of the analyses increases, first because the considered models present geometry almost always irregular, second for the difficulty for the accomplishment of experiments of this nature, as they involve, in general, organisms and live tissues. Inserted, therefore, in the context of Scientific Computational Modeling, this research tried to apply the computation to other areas of knowledge, with the objective of creating computational models for situations in which testing or measuring the several possible solutions for a phenomenon starting from experimental models isn’t viable, in this case, bone areas. To reach this purpose, a computational program was developed: the bioMeshCreate. The bioMeshCreate is a final application, independent, multi-platform, object-oriented, developed in C++ with the support of a toolkit for scientific visualization, the VTK (The Visualization Toolkit), and its main objective is to rebuild three-dimensional bone structures starting from plane sections, usually digital medical images obtained by exams of computed tomography or magnetic resonance. The application allows the visualization plane slices, to generate the mesh on the rebuilt surface, to apply filters of elements reduction and mesh smoothing and to integrate the volume obtained with finite elements analysis softwares, in order to complete the analysis on the structure. It is still possible to export data in compatible formats with rapid prototyping processes, and to generate virtual reality models, which can be distributed and visualized in a browser. Tests with patients' real data were accomplished... (Complete abstract click elctronic access below)

Este trabalho aborda o estudo de modelos constitutivos a fim de analisar o comportamento mecânico de um biopolímero derivado de óleo de mamona (Ricinus communis). A importância deste trabalho se dá ao fato de: servir como roteiro de ensaio de materiais poliméricos; completar caracterização do material estudado além do regime viscoelástico, bem como aplicação da análise do comportamento do material além do regime viscoelástico linear. A aplicação dos modelos avaliados via Método dos Elementos Finitos (MEF) exigiu o levantamento das propriedades e do comportamento mecânico do biopolímero, bem como a preparação dos ensaios, com as devidas especificações sugeridas pela ASTM (American Society for Testing and Materials) para cada tipo de ensaio. Assim, foram obtidos os corposde- prova (CDP) para a realização dos ensaios mecânicos quase-estáticos de tração, compressão e flexão (monotônicos e cíclicos), bem como, ensaio para análise dinâmicomecânica (Dynamic Mechanical Analysis - DMA) para a obtenção de propriedades associada às parcelas viscosas do material. Com estes foram obtidos parâmetros inerentes a cada tipo de ensaio, permeados com uma cuidadosa revisão bibliográfica sobre as implicações para a realização de cada ensaio. Uma outra etapa foi a verificação de modelos de plastificação baseados na teoria de von Mises, Drucker-Prager e de viscoelasticidade implementados no programa comercial ABAQUS®. Sendo que o objetivo maior foi a comparação dos resultados experimentais obtidos com os modelos em MEF. Os resultados para tração monotônica obtiveram erro de 0,61%, os resultados de compressão monotônica apresentaram erro de 1,5% e as simulações para os carregamentos cíclicos de tração e compressão não foram tão bons quanto os anteriores. Por isso se justifica a criação do modelo fenomenológico utilizando os parâmetros do material que foram identificados. / This work develops the study involving constitutive models with the objective to analyze the mechanical behavior of a biopolymer obtained from the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis). The importance of this work is due to the fact that: serves as a test script for the use of polymer materials; complete the characterization of the material studied beyond the viscoelastic realm, as well as the application of the analysis of the behavior of the material beyond the linear viscoelastic domain. The application of the evaluated models by way of the Finite Element Method (FEM), required the gathering of the properties and mechanical behavior of the biopolymer, as well as the preparation of the tests, with the required specifications suggested by the ASTM (American Society for Testing and Materials) for each type of test. Therefore, there were obtained the body-tests in order to run the mechanical quasi-static traction tests, tensile, compression and flexion (monotonic and cyclical) dynamicmechanical analysis (DMA) in order to obtain the properties associated with the viscous parts of the material. With these the inherent parameters were obtained for each specimen, permeated with a careful biographical revision of the implications for the experimenting of each specimen. Another phase was the verification of laminated models based on the theory by Von Mises, Drucker-Prager and of the viscoelasticity implemented in the commercial program ABAQUS®. The main objective being the comparison of the experimental results obtained with the models in FEM. The results for the monotonic traction obtained a error of 0,61%, the results of monotonic comparison presented an error of 1,5% and the simulations for the cyclical charges of traction and compression were not as good as the former. Therefore it justifies the creation of the phenomenological model utilizing the parameters of the materials that were identified.

Este trabalho aborda o estudo de modelos constitutivos a fim de analisar o comportamento mecânico de um biopolímero derivado de óleo de mamona (Ricinus communis). A importância deste trabalho se dá ao fato de: servir como roteiro de ensaio de materiais poliméricos; completar caracterização do material estudado além do regime viscoelástico, bem como aplicação da análise do comportamento do material além do regime viscoelástico linear. A aplicação dos modelos avaliados via Método dos Elementos Finitos (MEF) exigiu o levantamento das propriedades e do comportamento mecânico do biopolímero, bem como a preparação dos ensaios, com as devidas especificações sugeridas pela ASTM (American Society for Testing and Materials) para cada tipo de ensaio. Assim, foram obtidos os corposde- prova (CDP) para a realização dos ensaios mecânicos quase-estáticos de tração, compressão e flexão (monotônicos e cíclicos), bem como, ensaio para análise dinâmicomecânica (Dynamic Mechanical Analysis - DMA) para a obtenção de propriedades associada às parcelas viscosas do material. Com estes foram obtidos parâmetros inerentes a cada tipo de ensaio, permeados com uma cuidadosa revisão bibliográfica sobre as implicações para a realização de cada ensaio. Uma outra etapa foi a verificação de modelos de plastificação baseados na teoria de von Mises, Drucker-Prager e de viscoelasticidade implementados no programa comercial ABAQUS®. Sendo que o objetivo maior foi a comparação dos resultados experimentais obtidos com os modelos em MEF. Os resultados para tração monotônica obtiveram erro de 0,61%, os resultados de compressão monotônica apresentaram erro de 1,5% e as simulações para os carregamentos cíclicos de tração e compressão não foram tão bons quanto os anteriores. Por isso se justifica a criação do modelo fenomenológico utilizando os parâmetros do material que foram identificados. / This work develops the study involving constitutive models with the objective to analyze the mechanical behavior of a biopolymer obtained from the Castor Oil Polyurethane (Ricinus communis). The importance of this work is due to the fact that: serves as a test script for the use of polymer materials; complete the characterization of the material studied beyond the viscoelastic realm, as well as the application of the analysis of the behavior of the material beyond the linear viscoelastic domain. The application of the evaluated models by way of the Finite Element Method (FEM), required the gathering of the properties and mechanical behavior of the biopolymer, as well as the preparation of the tests, with the required specifications suggested by the ASTM (American Society for Testing and Materials) for each type of test. Therefore, there were obtained the body-tests in order to run the mechanical quasi-static traction tests, tensile, compression and flexion (monotonic and cyclical) dynamicmechanical analysis (DMA) in order to obtain the properties associated with the viscous parts of the material. With these the inherent parameters were obtained for each specimen, permeated with a careful biographical revision of the implications for the experimenting of each specimen. Another phase was the verification of laminated models based on the theory by Von Mises, Drucker-Prager and of the viscoelasticity implemented in the commercial program ABAQUS®. The main objective being the comparison of the experimental results obtained with the models in FEM. The results for the monotonic traction obtained a error of 0,61%, the results of monotonic comparison presented an error of 1,5% and the simulations for the cyclical charges of traction and compression were not as good as the former. Therefore it justifies the creation of the phenomenological model utilizing the parameters of the materials that were identified.

Neste trabalho apresenta-se uma formulação para modelagem não linear geométrica e não linear elástica de materiais compósitos através da imersão de elementos finitos de barra simples em elementos finitos triangulares do tipo chapa utilizando uma formulação inovadora do método dos elementos finitos baseada em posições. Essa formulação posicional utiliza funções de forma para aproximar grandezas definidas na Teoria da Elasticidade Não Linear e propõe que a energia específica de deformação e o potencial das cargas externas sejam escritos em função das posições nodais definidas a partir de uma função mudança de configuração. Assumindo as posições nodais valores atuais em cada nó, esse método considera naturalmente a não linearidade geométrica, ao passo que relações não lineares entre tensão e deformação podem ser consideradas através de uma teoria elástica não linear denominada hiperelasticidade que permite obter leis constitutivas linearizadas em formato variacional. Utilizando malhas independentes para os elementos de barras e chapa, a técnica para a imersão das barras adota funções de forma para escrever a posição de qualquer ponto de um elemento de barra em função dos nós dos elementos de chapa, não ocorrendo, portanto, nem o aumento do número de graus de liberdade nem a necessidade de que os nós dos elementos de barra coincidam com os nós dos elementos de chapa. Além disso, nesse trabalho propõe-se também uma formulação posicional para os elementos de barra simples que utiliza uma medida de deformação chamada de não linear de engenharia, a qual permite introduzir facilmente um comportamento tanto ativo quanto viscoso nos elementos de barra imersos. As formulações propostas são idealizadas para a modelagem de tecidos musculares, não estando, no entanto, limitadas somente a esse tipo de aplicação. Os quatro primeiro exemplos escolhidos são casos simples, alguns inclusive com soluções analíticas, e são destinados principalmente à validação das formulações apresentadas. Através da modelagem de uma estrutura formada por braço e antebraço, o quinto e último exemplo demonstra as potencialidades dos conceitos trabalhados e das formulações propostas durante este trabalho. / This work presents a formulation for material and geometrical nonlinear analysis of composite materials by immersion of truss finite elements into triangular 2D solid ones using a novel formulation of the finite element method based on positions. This positional formulation uses the shape functions to approximate some quantities defined in the Nonlinear Theory of Elasticity and proposes to describe the specific strain energy and the potential of the external loads as function of nodal positions which are set from a deformation function. Because the nodal positions have current values in each node, this method naturally considers the geometric nonlinearities while the nonlinear relationships between stress and strain may be considered by a pure nonlinear elastic theory called hyperelasticity which allows to obtain linearized constitutive laws in its variational form. If independent meshes are used for the truss elements and for the 2D solid elements, the immersion technique of the trusses adopts shape functions to write the position of any point of a truss as a function of the nodal positions of the 2D solid elements, therefore there is neither an increase in the number of degrees of freedom nor the need that the nodes of the trusses elements coincide with the nodes of the 2D solid elements. Moreover, this work also proposes a positional formulation for the truss elements using a so called nonlinear engineering strain which allows to easily introduce both active and viscous behavior in the immersed truss elements. The proposed formulations are idealized for muscle tissue modeling, however they are not limited only to this type of application. The first 4 chosen examples are simple cases, some of them even with analytical solutions, mainly for validation purposes of the presented formulations. By modeling a structure formed by an arm and an forearm, the 5th and last example shows the potentialities of the concepts and proposed formulations during this work.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:51:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_erasmo_digital.pdf: 2003361 bytes, checksum: 220a10261604ff1d47174ccfbcec41a9 (MD5) Previous issue date: 2009-04-03 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The element helium, found mainly in natural gas reserves, condenses at temperature of 4.2K, and is the unique known substance that remains in liquid to absolute zero. In the liquid phase, the helium presents still another phase change in 2.19K, where passes of common liquid to superfluous liquid, with almost zero viscosity. These properties give the helium important applications. One of the major applications is as a coolant in superconductors, such as in the particle accelerator LHC, which is being built in the French border with Switzerland, in magnetic resonance devices, artificial satellites, etc.. In this paper, we present two mathematical models for heat transfer in liquid helium. The first model, considering only macroscopic movements, is derived based on constitutive laws of Fourier and Gorter-Mellink. The second model, based on techniques of Fremond, includes microscopic movements and can be seen as a regularization of the first model. Both models are governed by highly nonlinear differential equations resulting from the nonlinearity of the law of Gorter-Mellink and change of phase. Both models can be considered special cases of the Stefan problem in two phases, with phase one of the heat flux is governed by non-linear equation of the problem known as p-Laplacian, with p = 4/3. We also presented techniques to efficiently solve the problem of p-Laplacian, both for large values of p, p>> 2, and for values of p close to 1, which are major numerical challenges. Are proposed two simple iterative methods, one based on the method of quasi-Newton, with the relaxation term and the other by the Helmholtz decomposition, creating a system of equations whose matrices are constant, which reduces significantly the computational cost. Numerical experiments are conducted to test the efficiency of numerical models proposed and the algorithms developed for solving systems of nonlinear algebraic equations arising from approximations by finite elements. Are also presented results of studies of convergence, showing rates of optimal or near optimal convergence, comparable to that of interpolates. For the problem with phase change, due to the discontinuity of the gradient of temperature on the interface separating the two phases of liquid helium, the rate of convergence is not optimal. Using adaptive mesh, it is also great rates to the problem with change of phase. Using experimental data found in literature, for the parameters of thermal conductivity, density and specific heat, temperature dependent, are also presented for validation testing of the model and examples of possible applications. In tests for validating the model, compared to the numerical solution of the mathematical model with experimental results for the temperature found in literature. / O elemento hélio, encontrado principalmente em reservas de gás natural, entra em condensação à temperatura de 4,2K, e é a única substância conhecida que permanece no estado líquido até o zero absoluto. Na fase liquida, o hélio apresenta ainda, em K, outra mudança de fase, onde passa de líquido comum à superfluido, com viscosidade praticamente nula. Estas propriedades conferem ao hélio importantes aplicações. Uma hdas principais aplicações é como agente refrigerante em supercondutores, como por exemplo, no acelerador de partículas LHC, que está sendo construído na fronteira da França com a Suíça, em aparelhos de ressonância magnética, satélites artificiais, etc. Neste trabalho, são apresentados dois modelos matemáticos para a transferência de calor no hélio líquido. O primeiro modelo, considerando apenas movimentos macroscópicos, é derivado com base nas leis constitutivas de Fourier e de Gorter-Mellink. O segundo modelo, baseado nas técnicas de Fremond, inclui movimentos microscópicos e pode ser visto como uma regularização do primeiro modelo. Os dois modelos são governados por equações diferenciais fortemente não lineares resultantes da não linearidade da lei de Gorter-Mellink e da mudança de fase. Ambos os modelos podem ser considerados casos particulares do problema de Stefan de duas fases, sendo que em uma das fases o fluxo de calor é governado pela equação não-linear do problema conhecido como p-laplaciano, com p=4/3. São também apresentadas técnicas para resolver de forma eficiente o problema do p-laplaciano, tanto para valores grandes de p, p>>2, quanto para valores de p próximos à 1, que constituem importantes desafios numéricos. Para tanto são propostos dois métodos iterativos simples, um baseado no método de quase-Newton, com termo de relaxação e, outro através da decomposição de Helmholtz, gerando um sistema de equações cujas matrizes são constantes, o que diminui significativamente o custo computacional. Experimentos numéricos são realizados para testar a eficiência dos modelos numéricos propostos bem como dos algoritmos desenvolvidos para resolver os sistemas de equações algébricas não lineares resultantes das aproximações por elementos finitos. São apresentados resultados de estudos de convergência, mostrando taxas de convergência ótimas ou quase ótimas, comparáveis às das interpolantes. Para o problema com mudança de fase, devido à descontinuidade do gradiente da temperatura sobre a interface que separa as duas fases do hélio líquido, as taxas de convergência não são ótimas. Usando malhas adaptativas, consegue-se taxas ótimas também para o problema com mudança de fase. Usando dados experimentais, encontrados na literatura, para os parâmetros de condutividade térmica, densidade e calor específico, dependentes da temperatura, são também apresentados testes de validação do modelo e exemplos de possíveis aplicações. Nos testes de validação do modelo, compara-se a solução numérica do modelo matemático com resultados experimentais para a temperatura, encontrados na literatura.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O perfeito entendimento de deslizamentos de terra tem sido objeto de grande interesse na engenharia geotécnica há muitos anos. Encostas naturais representam um desafio constante para os engenheiros, mais do que os taludes artificiais. Não é incomum que os escorregamentos causam perdas de vidas humanas e também danos materiais. As informações obtidas a partir de retro-análise de casos históricos, têm servido como uma ferramenta valiosa para a compreensão da estabilidade de taludes. Vale a pena notar que o primeiro método de cálculo de estabilidade de taludes, usando divisão de fatia, foi desenvolvido após um acidente na Noruega. Métodos de estabilidade por Equilíbrio Limite, desenvolvidos no século passado são atualmente utilizados na prática da engenharia. Apesar de suas deficiências, eles provaram ser confiáveis na determinação do Fator de Segurança. A geometria 2D e a abordagem completa da condição saturada são provavelmente as questões mais relevantes dos métodos atuais. A condição do solo não saturado está geralmente presente em taludes naturais e os métodos ignoram a influência da sucção do solo sobre a estabilidade do talude. O desenvolvimento de computadores no meio do século passado, tornaram os cálculos Equilíbrio Limite fáceis de serem executados. Por outro lado, eles não podem explicar a natureza do problema ou prever o comportamento do solo antes da ruptura. A década de 1960 marcou o início do desenvolvimento de programas de computador baseados em métodos numéricos que, entre outros, destaca-se, em geotecnia, a aplicação dos métodos de Elementos Finitos (FEM). Este método é ideal para muitos fins, uma vez que permite a simulação da sequência de construção e também a incorporação de diferentes modelos constitutivos. Este trabalho mostra a influência da sucção sobre a estabilidade de encostas naturais. Uma retroanálise de um escorregamento no Morro dos Cabritos, no Rio de Janeiro, foi feita através de um programa de análise de tensão (Plaxis 2D). Os resultados foram comparados com o FS obtido por programa de Equilíbrio Limite (Slide v5). O efeito de sucção do solo foi incorporada nas análises, através de sua influência sobre os parâmetros de resistência do solo e por diferentes possibilidades de infiltração de água na encosta. Este caso histórico foi estudado anteriormente por Gerscovich (1994), que na época, fez analise de fluxo e estabilidade utilizando um abordagem de Equilíbrio Limite 3D. Os resultados mostraram boa concordância entre a análise de Elementos Finitos e a simulação de Equilíbrio Limite, sem a presença de nível de água. Os resultados confirmaram que foi necessário haver pressões positivas para explicar a ruptura do talude.