Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:09:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246855.pdf: 3565724 bytes, checksum: f7dce91f2dba2e1b6706b3d61d545a51 (MD5) / Esta dissertação de mestrado apresenta os principais conceitos envolvidos na criação de um sistema de cálculo magnetostático tridimensional de campos em dispositivos magnéticos baseado na formulação em potencial vetor magnético aplicada a malhas tetraédricas. Nesse sistema, a garantia da divergência nula para o efeito das correntes é substituída por um campo fonte, calculado pelo método árvore-co-árvore. Alguns casos são simulados e têm seus resultados comparados com valores analíticos, de medição e da formulação em potencial escalar magnético.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2008 / Made available in DSpace on 2012-10-23T23:42:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269435.pdf: 2059994 bytes, checksum: 0537f4ca3c4e67cae5b2c5fef6fa1e55 (MD5) / Estruturas inteligentes são sistemas cuja forma e características estruturais e operacionais podem ser monitoradas e modificadas ao longo de sua vida útil, permitindo garantir a satisfação aos requisitos de projeto e melhorando o desempenho. Neste escopo, estruturas laminadas compostas são bastante adaptáveis a esta tecnologia, favorecendo o projeto de componentes com sensores e atuadores inseridos no estratificado ou colados nas superfícies. Aliado ao excepcional desempenho dos materiais compostos e às propriedades especiais de materiais com resposta acoplada, sistemas de controle consistem do elo que completa a cadeia que define os sistemas inteligentes. Indubitavelmente, para o projeto de tais estruturas, existe a demanda por metodologias e ferramentas para análise e verificação. Assim, este trabalho apresenta uma formulação desenvolvida sob a ótica do Método dos Elementos Finitos Generalizados (MEFG) para a análise numérica de placas laminadas compostas com sensores e atuadores piezelétricos. O MEFG, como uma formulação não convencional do Método de Elementos Finitos (MEF), emprega uma malha de elementos finitos para construir uma Partição da Unidade, sobre a qual são adicionados refinamentos p-hierárquicos com o propósito de ampliar o espaço de aproximação da solução. As funções de enriquecimento são definidas globalmente e, portanto, tal estratégia minimiza a importância da malha, fator que tem motivado o desenvolvimento dos métodos sem malhas. A formulação se baseia num modelo de Teoria Mista, e neste caso, propõem-se a aproximação das variáveis elétricas mediante a Teoria em Camadas Discretas de Reddy e a aproximação das variáveis mecânicas através da Teoria de Deformação Cisalhante de Ordem Superior de Levinson, isto é, uma Teoria em Camada Equivalente Única. Todo o desenvolvimento foi conduzido para um sistema dinâmico e foram implementadas rotinas computacionais em linguagem FORTRAN 90 para a análise estática de alguns modelos, cujas soluções obtidas através de outras teorias constantes na literatura foram usadas para validação da formulação. Além disso, foi analisada a influência da forma com que se impõem as condições de contorno essenciais, mostrou-se a capacidade de aproximação quando do uso do enriquecimento polinomial -p para malha com elementos distorcidos e a influência do enriquecimento polinomial -p na aproximação de campos primais e duais. As equações do movimento e as condições de contorno consistentes foram desenvolvidas para o modelo misto utilizado no desenvolvimento numérico. Um laminado retangular foi analisado pela formulação em MEFG e seus resultados foram comparados á solução analítica, em séries trigonométricas, obtida a partir da forma forte do problema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Odontologia. / Made available in DSpace on 2012-10-24T01:45:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 261027.pdf: 4353804 bytes, checksum: 6be9021b709bbac2e775e9a1c87cd29f (MD5) / O PEEK vem se mostrando um excelente material na substituição do titânio em aplicações ortopédicas. Seus compostos relacionados podem ser fabricados com larga escala de propriedades físicas, mecânicas e de superfície e nos mais diversos formatos. Esta versatilidade abre um novo horizonte de possibilidades no projeto de novos implantes e componentes para reabilitação bucal, especialmente ao se levar em consideração o comportamento biomecânico deste material. O objetivo deste estudo foi comparar, por meio do Método de Elementos Finitos (MEF), a distribuição de tensões ao osso de suporte periimplantar em modelos distintos compostos por componentes e implantes de PEEK com 30% de reforço de fibras de carbono (30% CFR-PEEK) e titânio. Nas simulações, com união perfeita entre implante e osso, o 30% CFR-PEEK apresentou maior concentração de tensões no pescoço do implante e osso adjacente devido a sua menor rigidez e maior deformação em relação ao titânio. Implantes e componentes de 30% CFR-PEEK não mostraram vantagens, no que se refere à distribuição de tensões, quando comparados aos implantes e componentes de titânio. PEEK (poly ether ether ketone) has proved to be an excellent material for the titanium substitute in orthopedic applications. Its related composites can be manufactured with many physical, mechanical and surface properties and in several shapes. This versatility opens a new horizon of possibilities in the development of new implants and components for bucal rehab, especially when the biomechanical behavior of this material is taken into consideration. The aim of this study was to compare, using the three-dimensional finite element method, the stress distribution in the peri-implant support bone in distinct models composed by PEEK components and implants with 30% carbon fiber reinforced (30% CFR-PEEK) and titanium. In the simulations, with a perfect bonding between the bone and the implant, the 30% CFR-PEEK presented higher stress concentration in the implant neck and the adjacent bone due to its lower hardness and higher deformation in relation to the titanium. 30% CFR-PEEK implants and components did not show any advantages in relation to the stress distribution when compared to the titanium implants and components.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2012-10-24T02:52:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252347.pdf: 46202011 bytes, checksum: 25567467d5d3326b76d958d308f90710 (MD5) / O presente trabalho dedica-se à análise de estruturas de barragens de enrocamento com face em concreto pelo método dos elementos finitos (MEF), considerando camadas construtivas e as diferentes propriedades do enrocamento. Somente as cargas de alteamento são consideradas na análise. Para calcular a estrutura considerando suas camadas construtivas, foi desenvolvido um programa computacional baseado no método dos elementos finitos. A barragem é dividida em camadas, cada uma correspondendo a uma etapa construtiva, modeladas com elementos de estado plano de deformação. O enrocamento é considerado um material elástico-linear isotrópico. O programa produz os valores dos esforços e tensões de cada camada, para cada etapa construtiva, e também os valores finais, depois do alteamento estar concluído. O programa computacional utiliza a linguagem Java, gerando um programa multi-plataforma. Todos os dados, para todas as camadas e etapas construtivas, são determinados a partir de arquivos formatados, organizados em blocos de dados separados por comandos. O programa permite o mapeamento automático de malhas de elementos finitos para ser utilizado em cada etapa de construção a partir dos arquivos de entrada. Para visualização de resultados, desenvolveu-se um pós-processador por meio de rotinas gráficas do programa SciLab, que consiste em uma ferramenta de código aberto para álgebra matricial. O pós-processador permite a plotagem de gráficos mostrando os resultados obtidos através do MEF aplicado à barragem, assim como o armazenamento de todos os resultados em planilhas. O programa desenvolvido foi validado comparando-se os resultados com os obtidos pelo programa comercial SAP 2000 na análise de pequenas barragens. No final do trabalho a análise de uma grande barragem de enrocamento, construída na Região Sul do Brasil, é apresentada. Os resultados da análise feita pelo programa desenvolvido no presente trabalho, tendo em conta a seqüência construtiva, mostraram uma boa correlação com os resultados obtidos por outros autores, usando outros programas de computador. This work is devoted to the analysis of rock-fill dams with concrete face by the finite element method (FEM), considering the constructive sequence and the different properties of the rock-fill. Only the erection loading case is considered in the analysis. To calculate the structure taking into account the constructive sequence, a computer program based on the finite element method was developed. The dam is divided into layers, each one corresponding to a construction step, modeled by plane strain finite elements. The rock-fill is considered as an isotropic linear-elastic material. The program yields the stress and strain values of each layer, for each constructive step, and also the final values, after erection is completed. The computer program uses Java language, which allows the generation of a multi-platform program. All data information, for all layers and each construction step, is given from formatted files, organized in data blocks separated by commands. The program allows an automatic map of the finite element meshes to be used in each construction step from the input files. To visualize the results, a post-processor was also developed, by means of the SciLab graphic routine package, which is an open-source tool for matrix algebra. The post-processor enables the plot of charts depicting the results obtained by the FEM along the dam, as well as the storage of all results in spreadsheets. The computer program has been validated by comparing its results with those obtained from the commercial program SAP 2000 in the analysis of several small dams. At the end of the work the analysis of a large rock-fill dam, built in the Southern Region of Brazil, is presented. The results of the analysis given by the program developed in this work, taking into account the construction sequence, showed a good correlation with results obtained by other authors, using other computer programs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T06:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 275461.pdf: 2239634 bytes, checksum: a1f67e0e74400d49b504972bc1b7cf32 (MD5) / A capacidade de medir e controlar vibrações é importante para diversas áreas da engenharia, como a automobilística, aeroespacial, de refrigeração, e petroquímica, praticamente todos os sistemas podem ser perturbados e tirados do seu funcionamento normal graças a ação de ruídos e vibrações indesejáveis. Além disso, a presença de ruídos nos ambientes de atividades humanas é cada vez menos tolerada. Devido a esses fatores o controle de vibrações e ruído é considerado um desafio tecnológico altamente relevante. Este trabalho trata o controle ativo de vibração usando como transdutores dispositivos piezelétricos. O modelo matemático do conjunto estrutura/transdutores é formulado através do método de elementos finitos, onde a partir do software de elementos finitos Ansys as matrizes de massa global, rigidez global e acoplamento piezelétrico são obtidas. Usando a matrizes globais um sistema nodal é escrito e posteriormente reduzido através de uma transformação modal, para então ser escrito na forma de espaço de estados. O modelo de elementos finitos é validado a através de uma analise modal experimental, essa análise gera um conjunto de dados como funções de resposta em freqüência (FRFs), formas modais e freqüências modais que são comparados com os resultados obtidos por simulação através do software Ansys. O problema do controle ativo consiste basicamente na rejeição de perturbações, sendo o projeto dos controladores baseado no modelo de espaço de estados e em funções de transferências. O problema foi abortado sobre a ótica da engenharia de controle e três metodologias de projeto foram utilizadas: a do compensador em avanço de fase, a LQR e a H¥ . Os controladores projetados foram simulados usando os softwares Matlab e Simulink e uma analise de robustez, considerando incertezas paramétricas e dinâmicas foi realizada para o caso H¥. / The capability of measure and control vibrations is of great important for several engineering areas, like automobilistic, aerospacial, refrigeration and petrochemichal. Every system can be disturbed and taken off its normal functionality by to noise action and undesirable vibrations. Besides, the presence of those noises on human activity environments is increasingly less tolerated. Due to those factors the vibration and noise control is considered a technological challenge highly relevant. This work deals with the active control by means of piezoelectric transducers. The mathematical model of the set structure/transducers is made through finite element method, where using finite element software the global mass, global stiffness and piezoelectric coupling matrices are obtained. Using the global matrices a nodal system is written and after reduced through a modal transformation to be written as space state form. The finite elements model is validated through an experimental modal analysis. The active control issue consists basically in disturbance rejection. Based on the space state model the problem was approached by the control engineering way and three project methodologies were used: those of advance phase compensator, LQR and H##. The projected controllers were simulated using Matlab and Simulink softwares, and a robustness.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T13:28:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235623.pdf: 5520724 bytes, checksum: 44253232b7d5dff303f381953c92b3a7 (MD5) / Neste trabalho são apresentadas algumas propostas e aplicações, dentro da área da mecânica computacional, no que diz respeito a problemas que envolvem grandes deformações de espumas poliméricas. Entende-se por espumas como um termo genérico que caracteriza diferentes tipos de sólidos celulares tridimensionais. Quando se trata de materiais celulares, principalmente as espumas absorvedoras de impacto, ou crushable foams, aparecem em aplicações de engenharia como excelentes absorvedores de energia e possuem uma enorme área de aplicação. Outro fator que desperta o interesse nesse tipo de material é a capacidade de aliar boa resistência mecânica com baixa densidade podendo essa característica ser explorada em aplicações onde a redução de peso é uma necessidade.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T04:14:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 303665.pdf: 4948920 bytes, checksum: d43032a920e7aa068a24590626cff821 (MD5) / Materiais poliméricos bioabsorvíveis vêm sendo usados na medicina com maior frequência devido a sua biocompatibilidade com o corpo sem desencadear reações de corpo estranho. Estudos comprovam a eficácia dos materiais poliméricos bioabsorvíveis comparado aos materiais não-absorvíveis devido ao período de tempo em que se mantêm a fixaçãao e, ao se decompor gradualmente, possibilitam que tensões mecânicas impostas sejam progressivamente transferidas à união osso-tecido mole permitindo sua remodelação óssea. Neste trabalho, incorpora-se uma variável escalar de dano referente ao efeito da degradação química (hidrólise) acoplada ao efeito de dano mecânico (Lemaitre 1985). A formulação desenvolvida é baseada em pequenas deformações e deslocamentos na qual respeita-se um quadro termodinamicamente consistente. O modelo desenvolvido é implementado em um código de elementos finitos. Os exemplos numéricos foram analisados através de um modelo cilíndrico com entalhe e outro modelo do tipo placa também com entalhe. Os resultados obtidos apresentaram o comportamento da degradação perante o carregamento imposto ao longo do tempo. / Bioabsorbable polymeric materials have been used in medicine more often because of their biocompatibility with the body without causing foreign body reactions. Studies confirm the effectiveness to bioabsorbable polymeric materials compared to non-absorbable materials due to the length to time that keep fixation and to decompose gradually enable mechanical stresses imposed are progressively transferred to the union bone-soft tissue allowing your bone remodeling. In this work, incorporate into a scalar variable of damage on the effect of chemical degradation (hydrolysis) coupled to the effect the mechanical damage (Lemaitre 1985). The formulation presented is developed on small deformations and displacements in which respect is a thermodynamically consistent framework. The developed model is implemented in a finite element code. The numerical examples were analyzed by a notched cylindrical model and another model type plate also notched. The results showed the behavior of the degradation before loading imposed over time.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:10:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 317854.pdf: 3965148 bytes, checksum: 309a5cfa55c59cec202b98e49148cd24 (MD5) Previous issue date: 2012 / Os estatores de turboalternadores estão sujeitos a defeitos do tipo curto-circuito interlaminar. Esses defeitos induzem pontos quentes que podem ter um impacto sobre a performance da máquina, podendo causar danos irreversíveis. Neste trabalho, este tipo de curto-circuito, bem como os testes utilisados para seu diagnóstico, foram estudados com o auxílio da técnica de elementos finitos 3D em eletromagnetismo. Uma das dificuldades inerentes à modelagem numérica de curto-circuitos interlaminares está nos fatores de escala (na diferença importante entre as dimensões do estator, dos curto-circuitos e do verniz isolante entre lâminas). Uma simples modelagem por elementos finitos da geometria real (empilhamentos de lâminas, representação do isolante...) acarretaria num número exagerado de incógnitas em relação à potência de cálculo normalmente disponível. Então, para representar pacotes de lâminas, foram utilizados métodos de homogeneização, associados a uma metodologia para a escolha das regiões a serem homogeneizadas. Esta aproximação foi validada a partir de resultados de um protótipo experimental, considerando os defeitos sob diferentes condições (posição, dimensões...). Os dois principais testes de diagnóstico utilizados industrialmente também foram modelados na presença desses defeitos: o teste El Cid, a baixo fluxo, e o teste a 80% do fluxo nominal com detecção térmica. O estudo realizado mostra a importância de certos parâmetros, tais como a extensão do defeito e as características dos materiais, sobre os sinais lidos nos testes. Esta propriedade pode ser observada através da sensibilidade dos testes de diagnóstico simulados em diversas condições.<br> / Abstract: Turbogenerator stators are subject to faults such as interlaminar short circuits. These faults induce hot spots which may have an impact on the machine performances, leading in certain cases to irreversible damages. In this work, the short circuits, as well as the most commonly used diagnosis tests, have been studied using a 3D finite element method electromagnetic approach. One of the difficulties inherent in numerical modelling of nterlaminar short circuits is to take account of the scale factor between the different parts that are involved in such problem (dimensions of the stator, short circuits and insulating varnish between laminations). A simple finite element modelling of the real geometry (lamination stack, insulation representation#) would imply a much too large number of unknowns regarding the calculation power which is classically available. Thus, in this work, to represent lamination stacks, homogenization techniques have been associated to a methodology to choose the homogenized and non-homogenized (including the fault) zones. The approach has been validated through results from an experimental prototype consideringfaults under different conditions (position, size#). Moreover, both main diagnosis tests, used in the industry to detect such faults, have also been modelled in the presence of a fault: the El Cid test, at low flux, and the test at 80% of the rated flux with thermal detection. The study which has been carried out hows the importance of certain parameters, such as the fault size and the material characteristics, on the diagnosis test results. This appears in particular through the diagnosis tests sensibility in these different conditions.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:35:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 321269.pdf: 4371248 bytes, checksum: e998c52629981849b99bcd743066dcb9 (MD5) Previous issue date: 2013 / O conhecimento acerca das propriedades dos materiais figura como aspecto essencial no contexto da mecânica de sólidos computacional aplicada ao desenvolvimento de produtos. Com o intuito de promover a utilização de materiais compostos injetados em componentes estruturais, torna-se relevante a investigação de técnicas adequadas para a caracterização do material, considerando a variação de propriedades mecânicas em relação à orientação das fibras e ao tempo de carregamento mecânico. Deste modo, foi descrita uma metodologia para a obtenção de corpos de prova, assim como a condução dos ensaios mecânicos e o tratamento dos dados. A representação matemática das propriedades do material foi feita por meio de um modelo constitutivo de viscoelasticidade linear descrito por séries de Prony, convenientemente adaptado para materiais ortotrópicos. Devido ao elevado número de coeficientes do modelo constitutivo proposto, foi aplicada a técnica de identificação de parâmetros para a determinação das incógnitas da função matemática que representa o modelo constitutivo. A metodologia utilizada permitiu a obtenção de uma boa correlação entre dados experimentais, analíticos e numéricos do ensaio de fluência. Tais resultados favorecem o emprego da simulação numérica para o desenvolvimento de componentes estruturais ao utilizar o modelo constitutivo proposto de viscoelasticidade linear ortotrópica <br>

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-20T18:52:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 198520.pdf: 45344186 bytes, checksum: 2cff0a1308098e49010531bad0ac9308 (MD5) / O objetivo deste trabalho é propor um processo metodológico para a determinação de leiautes estruturais ótimos, que seja competitivo e capaz de proporcionar leiautes de alta definição. O processo proposto consiste na solução de uma seqüência de problemas de otimização de leiaute intercalado por um passo de refino h-adaptativo. A malha de elementos finitos a ser otimizada, em cada nível do processo, é obtida da malha anterior, pela aplicação de um esquema de refino h-adaptativo. Um estimador de erro é utilizado para minimizar a deterioração da malha e o erro da solução com a aplicação do processo h-adaptativo. O método de otimização de leiaute empregado é baseado na abordagem material proposta por Bendsoe & Kikuchi (1988). Assim a equação constitutiva homogeneizada é função apenas da densidade relativa do material.