Simulações numéricas foram realizadas utilizando-se um código computacional desenvolvido para resolver o sistema de equações de Navier-Stokes com média de Reynolds que modela o escoamento compressível turbulento em torno de um aerofólio NACA 0012. Foram utilizadas malhas estruturadas tipo O geradas algebricamente e diversos refinamentos puderam ser feitos. O método de volumes finitos foi empregado para discretizar o sistema de equações diferenciais parciais e os esquemas explícitos de MacCormack e Jameson foram implementados. Termos de viscosidade artificial foram adicionados explicitamente através de um modelo não-linear. O modelo de turbulência de uma equação de Spalart e Allmaras foi implementado para resolver o problema de fechamento da turbulência. Inicialmente, a formulação de Euler foi usada e resultados para a distribuição de pressão e coeficientes aerodinâmicos foram obtidos para quatro casos de escoamentos transônicos não-viscosos sobre o aerofólio. As soluções foram comparadas com os resultados de outros métodos numéricos disponíveis na literatura. Em seguida, um dos casos foi utilizado para avaliar a influência dos parâmetros numéricos como a viscosidade artificial e o refinamento da malha. Outro caso foi utilizado para comparar os esquemas explícitos de MacCormack e Jameson. Por último, o modelo de turbulência de uma equação de Spalart e Allmaras foi utilizado para a formulação de Navier-Stokes e as soluções foram comparadas com os dados experimentais de Harris e outros resultados numéricos obtidos com o modelo de turbulência algébrico de Baldwin e Lomax.

O presente trabalho se insere no desenvolvimento de códigos de simulação em CFD utilizados pelo Instituto de Aeronáutica e Espaço (DCTA/IAE) e pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (DCTA/ITA) para o cálculo do desempenho aerodinâmico de configurações aeroespaciais diversas. O trabalho enfoca configurações aeronáuticas em condições de alta sustentação e, usualmente, com dispositivos hiper-sustentadores estendidos. A análise do escoamento nestas condições de altos valores de sustentação é muito complexa devido à não linearidade do escoamento e à iminência da separação do mesmo. Para tanto, será utilizado um código computacional em desenvolvimento no Laboratório de Aerodinâmica Computacional do DCTA/IAE/ALA, que utiliza uma formulação de Navier-Stokes com média de Reynolds juntamente com fechamentos de turbulência apropriados. O trabalho também utiliza códigos comerciais de uso corrente na comunidade aeroespacial. É parte integrante do trabalho contribuir para a validação e calibração do código em desenvolvimento para as aplicações de interesse, assim como para a avaliação dos códigos comerciais nestas mesmas aplicações. Tal esforço inclui a análise de modelos de turbulência mais adequados e estudos detalhados de refinamento e topologia de malhas, bem como permitir recomendações quanto aos requisitos para tratar tais problemas em um ambiente industrial. Os estudos consideram configurações bidimensionais de aerofólios com dispositivos hiper-sustentadores. Além disso, foi implementado um método de pré-condicionamento, que é construído a partir de modificações sobre os esquemas compressíveis usuais. Desta forma, obtém-se métodos numéricos mais robustos para o tratamento dos escoamentos encontrados nas faixas de velocidade relevantes para a análise de dispositivos hiper-sustentadores. Com base em uma análise preliminar e resultados obtidos com o código computacional em uma geometria simplificada, constatou-se que as malhas computacionais necessárias para discretizar uma geometria realística de interesse, como, por exemplo, uma configuração 3-D asa-fuselagem, seria da ordem de alguns milhões de volumes. Portanto, foi necessária a paralelização do código computacional para que o mesmo pudesse ser compilado e executado em máquinas com diversos processadores ou em várias máquinas distintas. Este trabalho de paralelização constituiu-se em uma contribuição adicional do presente esforço.

Simulações são realizadas utilizando a dinâmica de fluidos computacional (DFC) para prever o desempenho e características de escoamento em uma bomba ejetora anular. A simulação numérica do escoamento no interior da bomba ejetora anular é realizada utilizando o código FLUENT 6.3.26. No presente estudo, o método de volumes finitos é utilizado para resolver um escoamento tridimensional, em regime permanente e incompressível modelado pelas seguintes equações matemáticas: continuidade, momentum e modelo de turbulência . Uma boa concordância foi obtida na comparação entre os resultados numéricos e experimentais disponíveis. Então, os resultados numéricos são utilizados para analisar as seguintes dependências: razão de altura manométrica versus razão de vazão volumétrica e a eficiência global versus razão de vazão volumétrica. Os perfis de velocidade e pressão estática também são usados para estudar o processo de mistura entre as duas correntes na câmara de mistura da bomba ejetora. A boa concordância com os resultados experimentais e a compreensão do escoamento de água obtidos nesta análise numérica mostram que uma abordagem adequada do DFC pode ser utilizada para melhorar o desempenho da bomba ejetora.

An implicit finite volume algorithm is developed for higher-order unstructured computation of inviscid compressible flows. The Spectral Finite Volume method is used to achieve high-order spatial discretization of the domain, coupled with a matrix-free LU-SGS algorithm to solve the linear systems arising from implicit time marching of the governing equations, avoiding the explicit storage of the flux Jacobian matrices. A new limiter formulation for the high-order terms of the reconstruction polynomial is introduced. The issue of mesh refinement in accuracy measurements for unstructured meshes is investigated. A straightforward methodology is applied for accuracy assessment of the higher-order unstructured approach based on entropy levels and direct solution error calculation. The accuracy, fast convergence and robustness of the proposed higher-order unstructured solver for different speed regimes are demonstrated via several known test cases from the literature for the 2nd-, 3rd- and 4th-order discretizations. The possibility of reducing the computational cost required for a given level of accuracy using high-order discretization is demonstrated. The main features of the present methodology include the reconstruction algorithm that yields 2nd-, 3rd- and 4th-order spatially accurate schemes, an implicit time march algorithm, high-order domain boundaries representation and a hierarchical moment limiter to treat flow solution discontinuities.

Made available in DSpace on 2017-07-21T20:56:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedro Kiochi Kondo.pdf: 1227541 bytes, checksum: daffb8a8bc299356bce288603753944c (MD5) Previous issue date: 2014-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In this work some topics of the Discrete or Finite Calculus are developed. In particular, we study difference operators, factorial powers, Stirling numbers of the first and second type, the Newton’s formula of differences, the fundamental theorem of the Finite Calculus, the summation process, and the Bernoulli numbers and Bernoulli polynomials. Then we show the effectiveness of the theory for the calculation of closed formulas for the value of many finite sums. We also study the classical problem of obtaining the polynomials which express the value of the sums of powers of natural numbers. / Neste trabalho desenvolvemos alguns tópicos do Cálculo Discreto ou Finito. Em particular, estudamos operadores de diferenças, potências fatoriais, números de Stirling do primeiro e do segundo tipo, a fórmula de diferenças de Newton, o teorema fundamental do Cálculo Finito, o processo de somação e os números e polinômios de Bernoulli. Mostramos então a eficácia da teoria no cálculo de fórmulas fechadas para o valor de diversas somas finitas. Também estudamos o problema clássico de obter os polinômios que expressam o valor de somas de potências de números naturais.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:22:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ana Paula Gebert.pdf: 9068136 bytes, checksum: 8f06dbf649af9345afc6e09a57f71fb6 (MD5) Previous issue date: 2008-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim is to analyze a non-linear mechanism of the cementation of root posts considering the existence of gaps in cement-dentin and cement-post interfaces analyzing the correlation of mechanical test and computational model. Were selected 15 mandibular pre-molars, to receive root posts Exacto (Angelus®/Londrina - Brazil) fixed with chemical resin cement Cement-Post (Angelus®/Londrina - Brazil). The teeth were termocycled, radiographed and cuted themselves getting cervical, middle and apical discs of roots. These discs were treated and molded with addition of silicone and epoxy resin replics was obtained before and after the compression test (220 N-0, 2 mm / min). The replics were analyzed in MEV to observe the formation of gaps at the interfaces on the upper surfaces of the specimens, which were measured in the Image Tool program. For statistical analysis of the comparison between the mensures of gaps (μm) in the interface was used in the Wilcoxon test which showed that there were statistical differences between groups (p <0.0001). In the comparison between the mensures of gaps in the same interface of the cervical, middle and apical discs before and after the compression test, there was no statistically significant difference (p = 0.4304) and (p = 0.7766), respectively. In cement-post interface there was no gaps in most specimens. The dentin discs were photographed and their images obtained from three-dimensional models simulating the compression test using the Finite Elements Method, considering linear-elastic material with values of module of elasticity and Poisson's coefficient, and obtained in the mechanical test of the traction, compression and bending resistance in the post and/or the cement. There was the Poisson's effect and a low stress concentration in dentin-cement and cement-post interfaces promoted by the force application, geometry and materials properties. In assessing the match of the mechanical test with the computational model, met a difference because of the consideration of perfect adhesion in computational model of the cervical and middle discs, which does not occur clinically, as there was formation of gaps in some root regions of the dentin discs. The apical discs were modeled like non-linear and it was considered an area of contact between the faces. / O objetivo é analisar de forma não-linear o mecanismo de cimentação de pinos intra-radiculares considerando a existência das fendas nas interfaces dentina-cimento-pino analisando a correspondência do ensaio mecânico e modelo computacional. Foram selecionados 15 pré-molares inferiores, para receber pinos intra-radiculares Exacto (Angelus®/Londrina - Brasil) fixados com cimento resinoso autopolimerizável Cement-Post (Angelus®/Londrina - Brasil). Os dentes foram termociclados, radiografados e cortados obtendo-se discos cervicais, médios e apicais das raízes. Esses discos foram tratados e moldados com silicone de adição e obtidas réplicas de resina epoxi antes e após o ensaio de compressão (220 N-0,2 mm/min). As réplicas foram analisadas em MEV para observar a formação de fendas nas interfaces nas faces superiores dos espécimes, as quais foram medidas no programa Image Tool. Para análise estatística da comparação entre as medidas de fendas (μm) na interface foi utilizado o teste Wilcoxon que demonstrou que houve diferenças estatísticas entre os grupos (p < 0,0001). Na comparação entre as medidas de fendas da mesma interface dos discos cervical, médio e apical antes e depois do ensaio de compressão, não houve diferenças significantes estatisticamente (p = 0,4304) e (p = 0,7766), respectivamente. Na interface cimento-pino observou-se ausência de fendas na maior parte dos espécimes. Os discos de dentina foram fotografados e a partir de suas imagens obtidos modelos tri-dimensionais analisados simulando-se o ensaio de compressão por meio do Método dos Elementos Finitos, considerando material elástico-linear com valores de módulo de elasticidade e Coeficiente de Poisson e, obtidos de ensaios mecânicos de resistência à tração, compressão e flexão realizados no pino e/ou no cimento. Observou-se o efeito Poisson e que houve uma concentração leve de tensões nas interfaces dentina-cimento e cimento-pino promovidas pela forma de aplicação da força, geometria e propriedades dos materiais. Na avaliação da correspondência do ensaio mecânico com o modelo computacional, encontrou-se uma diferença devido à consideração de adesão perfeita no modelo computacional dos discos cervicais e médios, o que não ocorre clinicamente, visto que houve formação de fendas em algumas regiões radiculares dos discos de dentina. Os discos apicais foram modelados de maneira não-linear, considerando-se uma superfície de contato entre as faces.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:22:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andres Felipe Cartagena Molina.pdf: 3076315 bytes, checksum: 06060dc51df633a32dd15312c25f51cd (MD5) Previous issue date: 2012-02-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Endodontically treated molars generally present reduced crown structure, with a greater risk of biomechanical failure when compared with living teeth, restoration technique thereof being a challenge for dental profession. The aim of this paper was to analyze, using the finite elements method (FEM), the stresses distribution in a first molar restored with the Endocrown technique, after simulating functional forces. A lithium disilicate ceramic (IPSe.max Press) and a second generation indirect resin composite (SR Adoro) were used as restorative materials, adhesively cemented to the tooth with a dual polymerization luting agent (Variolink II). In order to obtain their mechanical properties, specimens of these materials were subjected to compressive and diametral tensile strength tests 24 h after manipulation. Based on a CAT scan of the lower third of the face, a 3D model of tooth 36 endodontically treated was simulated. Tooth was sectioned nearly 1 mm above the enamel margin, inner angles were rounded, a layer of 0.05 mm of luting agent was manufactured and the remnant of the original tooth was modeled with both restorative materials. The following models were obtained: Model 1, Endocrown in SR Adoro under axial load; Model 2, Endocrown in IPSe.max Press under axial load; Model 3, Endocrown in SR Adoro under oblique load; Model 4, Endocrown in IPS e.max Press under oblique load. Each model was subjected to a force of 100 N. The strength of the luting and restorative materials and of tooth tissues was evaluated using the Mohr Coulomb (MC) failure criterion, and tensile and compressive contact stresses and shear stresses at the adhesive interface were analyzed. As a result of simulations, according to the MC criterion, Model 2 proved to be 17% better than Model 1, and Models 3 and 4 showed failures in the restorative material. In the adhesive cement and enamel, both for axial and oblique loads, it was found that distribution of stresses was more homogeneous for models with more rigid restorative material, behavior which is repeated in the analysis of tensile and compressive contact stresses and shear stresses. Based on the results obtained, it was possible to conclude that Endocrown restorations, when perfectly cemented and made of ceramic are more resistant to fracture than composite Endocrown. Loads of the oblique direction represent a critical point in the success of the restoration, integrity of the margin and conservation of the tooth remaining. / Dentes tratados endodonticamente apresentam geralmente reduzida estrutura coronária e grande risco de falha biomecânica, quando comparados com dentes vitalizados, sendo, portanto, sua técnica restauradora um desafio para a Odontologia. O objetivo do presente estudo foi analisar, usando o método de elementos finitos (MEF), a distribuição de tensões em um primeiro molar restaurado com a técnica Endocrown, após a simulação de cargas oclusais funcionais. Uma cerâmica à base de dissilicato de lítio (IPSe.max Press) e uma resina composta laboratorial de segunda geração (SR Adoro) foram selecionadas como materiais restauradores, cimentados adesivamente ao dente por uma camada cimento de polimerização dual (Variolink II). Com o objetivo de obter suas propriedades mecânicas, corpos de prova dos materiais cimentante e restaurador foram submetidos a testes de resistência a compressão e tração diametral 24 h após sua manipulação. Utilizando-se uma tomografia do terço inferior da face, um modelo 3D do dente 36 com tratamento endodôntico foi obtido. O dente foi seccionado aproximadamente 1 mm acima do limite amelocementário, os ângulos internos do preparo foram arredondados, uma película de 0,05 mm de cimento foi construída e o restante do dente foi modelado com ambos os materiais restauradores. Foram obtidos os seguintes modelos: Modelo 1, Endocrown confeccionada em SR Adoro submetida a carga axial; Modelo 2, Endocrown confeccionada em IPSe.max Press submetida a carga axial; Modelo 3, Endocrown confeccionada em SR Adoro submetida a carga oblíqua; Modelo 4, Endocrown confeccionada em IPSe.max Press submetida a carga oblíqua. Cada modelo foi submetido a carga de 100 N. A resistência dos materiais cimentante e restauradores e também dos tecidos dentais foi avaliada segundo o critério de falha de Mohr Coulomb (MC), e as tensões de tração e de compressão de contato e as de cisalhamento na interface adesiva foram calculadas. De acordo com os resultados das simulações, segundo o critério de MC, o Modelo 2 demonstrou ser 17% superior ao 1, e os Modelos 3 e 4 demonstraram falha do material restaurador. A distribuição de tensões no cimento e no esmalte dentário, tanto para carga axial quanto para oblíqua, foi mais homogênea nos modelos restaurados com o material mais rígido, comportamento esse que se repetiu na análise de tensões de tração e compressão e de cisalhamento na interface. Concluiu-se que restaurações Endocrowns, se cimentadas adequadamente e confeccionadas em cerâmica, são mais resistentes à fratura do que as de resina laboratorial. As cargas oblíquas representam um ponto crítico para o sucesso da restauração, da sua integridade marginal e da conservação do remanescente dental.

O presente trabalho tem por finalidade estudar e implementar um modelo numérico de análises cinemáticas de sólidos tridimensionais via método dos elementos finitos posicionais, com consideração de fibras longas ou curtas inseridas de maneira aleatória ou não no domínio da análise. O modelo numérico considera material isotrópico para a matriz e não linearidade geométrica. O domínio do sólido é discretizado por meio de elementos finitos tetraédricos de ordem qualquer, cujos parâmetros nodais são suas posições. A medida de deformação utilizada é a de Green, associada à lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff, referenciada pela configuração inicial do corpo, caracterizando o sistema de espaço como Lagrangiano total. O cálculo da posição de equilíbrio é baseado no princípio da mínima energia potencial total. Para a resolução do problema não linear geométrico, adota-se o método iterativo de Newton-Raphson. A inserção das fibras no domínio da análise é feita com a associação das mesmas com elementos finitos unidimensionais curvos de ordem qualquer, cujas posições nodais são dadas em função das posições dos nós dos elementos de sólido. Essa abordagem tem como vantagem o fato de não aumentar o número de graus de liberdade do sistema, ao mesmo tempo em que não limita as posições das fibras dentro do domínio por não ser necessária a coincidência das malhas. Exemplos são apresentados para validação dos desenvolvimentos e implementações realizadas. / This study aims to develop and implement a numerical model of kinematic enrichment, to analyze tridimensional solids based on positional finite element method, considering long and short fibers random distributed inside the domain. The numerical model considers isotropic material and geometric nonlinear behavior for both matrix and fibers. Tetrahedral finite elements with any order of approximation are used to discretize the solid domain, with positions as nodal parameters. Green strain and Saint-Venant-Kirchhoff constitutive law are used, referenced in initial configuration of the body, characterizing the developed formulation as total Lagrangian. The equilibrium is obtained with the application of Total Potential Energy Principle, adopting the Newton-Raphson method to solve the resulting nonlinear system of equations. The fibers are considered in the formulation using curved one-dimensional finite elements with any order of approximation, and the nodal positions of the fibers are related with the nodal positions of the solid elements. The coupling method adopted does not increase the number of degrees of freedom of the system, and does not limit the positions of the fiber nodes to be coincident with solid nodes. Examples are presented in order to validate the developed and implemented formulations.

Orientador: Germán Lugones / Tese (Doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-graduação em Física, 2012

Orientador: Eduardo Piza Pellizzer / Banca: Dalva Cruz Laganá / Banca: Eduardo Passos Rocha / Resumo: A influência do diâmetro e do comprimento de implantes osseointegrados em associação com próteses parciais removíveis de extremidade livre (PPRELs) ainda não foi relatada na literatura. Dessa forma, este trabalho visou avaliar a esta influência, utilizando o método dos elementos finitos (MEF) bi-dimensional, associando implantes osseointegrados do sistema Branemark sob a base protética de uma PPREL, funcionando apenas como suporte, e analisando mapas de deslocamento e de tensão de von Mises. Para o estudo foram confeccionados oito modelos representativos de uma hemi-arcada mandibular com a presença apenas dos dentes 33 e 34, com as seguintes características: A - sem PPR; B - com PPR sem implante; C - com PPR e implante de 3,75 x 7,00 mm; D - com PPR e implante de 3,75 x 10,00 mm; E - com PPR e implante de 3,75 x 13,00 mm; F - com PPR e implante de 5,00 x 7,00 mm; G - com PPR e implante de 5,00 x 10,00 mm; H - com PPR e implante de 5,00 x 13,00 mm. As forças aplicadas foram estritamente verticais e de 50 N em cada ponta de cúspide. Pelos resultados notou-se que a presença da PPR sobrecarregou o dente suporte, bem como as demais estruturas de suporte da PPR quando comparadas com o modelo A. A presença do implante diminuiu as tensões, principalmente nas extremidades do rebordo desdentado, quando comparados o modelo B com os modelos que possuíam implantes associados. Tanto o comprimento quanto o diâmetro do implante tenderam a diminuir as tensões à medida que aumentavam suas dimensões. Pelos resultados foi possível concluir que: o modelo B foi o que apresentou a maior tendência a deslocamento; quanto maior o comprimento do implante, menores foram os valores do mapa de deslocamento; o modelo B apresentou níveis de tensão de von Mises superiores ao modelo A; os modelos com implantes associados apresentaram níveis menores de tensão de von Mises que o modelo B nas estruturas de suporte da PPR. / Abstract: The influence of the diameter and length of osseointegrated implants in association with removable partial prostheses of distal-extension (DERPDs) it was not still reported in the literature. In that way, this study evaluated this influence, associating osseointegrated implants of the Branemark system under the prosthetic base of a DERPD, just working as support, and analyzing displacement and von Mises tension maps, using bi-dimensional finite element analysis (FEA). For this study, eight representative models of a lower hemi-arcade were made with the presence of only the teeth 33 and 34, with the following characteristics: A - without RPD; B - with RPD and without implants; C - with RPD and implant of 3,75 x 7,00 mm; D - with RPD and implant of 3,75 x 10,00 mm; E - with RPD and implant of 3,75 x 13,00 mm; F - with RPD and implant of 5,00 x 7,00 mm; G - with RPD and implant of 5,00 x 10,00 mm; H - with RPD and implant of 5,00 x 13,00 mm. The applied forces were strictly vertical and of 50 N in each edge tip. The results shown that the presence of RPD overloaded the support tooth, as well as the other structures of support of RPD when compared with the model A. The presence of the implants reduced the tensions, mainly in the extremities of the toothless edge, when compared model B with the models that possessed implant associated. So much the length as the diameter of the implants tended to reduce the tensions as increased your dimensions. For the results it was possible to conclude that: the model B was what presented the largest tendency to displacement; as larger the length of the it implants, smaller they were the values of the displacement map; the model B presented levels of von Mises tension superiors to the model A; the models with implant associated presented smaller levels of von Mises tension that the model B in the structures of support of RPD; the increase of the length and of the diameter of the implants. / Mestre