Esta tese apresenta o desenvolvimento e aplicação de modelos de turbulência, transição laminar-turbulenta e de interações fluido-estrutura ao escoamento externo em cilindro rígido estacionário e em vibrações induzidas por vórtices. Tais desenvolvimentos foram realizados no código ReFRESCO, baseado em técnicas de dinâmica de fluidos computacional (CFD). Realizou-se um estudo quanto ao desempenho do modelo k- SST em extensa faixa de números de Reynolds, segundo o qual se identificaram as deficiências de modelagem para este escoamento. A modelagem adaptativa das escalas (SAS) e o modelo de transição por correlações locais (LCTM), ambos combinados ao SST, melhoraram a aderência aos resultados experimentais para este escoamento, em uma contribuição original deste trabalho. A aplicação de técnicas de verificação e validação possibilitou a estimação de incertezas e erros para os modelos e números de Reynolds e também de identificada como outra contribuição deste trabalho. A combinação da modelagem em SST, SAS e LCTM com movimentos impostos de realizada para números de Reynolds moderados, diferentes frequências e amplitudes de vibração, algo que poucas publicações abordam em detalhes. Com relação aos movimentos livres, este trabalho traz contribuições com a aplicação dos modelos SST e SAS ao estudo de vibrações induzidas por vórtices em dois graus de liberdade, baixa razão de massa e números de Reynolds moderados, mais altos do que normalmente observados na literatura. Por fim, a investigação da importância relativa de efeitos da turbulência aos casos de movimentos livres e impostos, com relação ao caso de cilindro estacionário, comprovou a conjetura formulada na parte inicial deste trabalho, no que tange à escolha do modelo de turbulência em determinadas aplicações. Tal escolha mostrou-se menos decisiva no caso do cilindro em movimento imposto e ainda menos nos movimentos livres, em comparação ao caso estacionário, uma vez que a resposta em movimentos do corpo filtra grande parte dos efeitos turbulentos de ordem superior. Esta observação mostra-se relevante, uma vez que pode permitir simplificações na modelagem e aplicação de ferramentas de CFD em uma classe importante de projetos de engenharia. / This thesis presents the development, implementation and application of turbulence and laminar-turbulent transition models and fuid-structure capabilities to address the vortexshedding and vortex-induced vibrations of a rigid cylinder. These numerical developments have been carried out in the computational fuid dynamics (CFD) code ReFRESCO. In the current work, an investigation of the performance of the turbulence modeling with k- SST in a broad range of Reynolds numbers is carried out identifying its modeling deficiencies for this fow. The implementation and systematic application of the scale adaptive simulations (SAS) and the local correlation transition model (LCTM), both combined with the SST, have improved the agreement with experimental results for the cylinder ow, in a novel contribution of this work. The application of verification and validation technique has allowed the estimation of numerical errors and uncertainties for the diferent models. That is also identified as a contribution of this thesis. The combination of SST modeling with imposed motions is carried out as well as with the SAS and LCTM for moderate Reynolds numbers, diferent vibration frequencies and amplitudes, which is considered novel, as few publications address this issue in extent. Regarding the free-moving cylinder capabilities, the present work brings contributions with the application of SST and SASSST with free-moving cylinder for the study of VIV of two degrees of-freedom, low mass ratio and moderate Reynolds numbers, higher than commonly seen in the literature. Finally, the investigation of the relative importance of turbulence effects on the freemoving cylinder and the imposed-motions case, with respect to the fixed case is carried out. A natural conjecture that has been raised early on this work and proved correct is that, for engineering applications, the choice of turbulence modeling strategy is less decisive when the cylinder is moving with prescribed motion and even less stringent, for free motions as the body response filters most of the higher order turbulence effects. That is a relevant observation as it might allow modeling simplifications and the application of CFD tools to a range of engineering problems.

O final da vida útil de pavimentos com bases rígidas se caracteriza pelo aparecimento de trincas de blocos e de fadiga. Neste cenário, a reciclagem das camadas de base e revestimento asfáltico, com adição de cimento, surge como técnica importante para reabilitação dessas estruturas. Além de se tratar de uma solução vantajosa do ponto de vista técnico, é competitiva em termos econômicos, além de sustentável. Entretanto, a escassa normatização nacional dificulta sua aplicação, destacando-se a falta de um procedimento de dosagem. Objetivando contribuir para o desenvolvimento de um método de dosagem de camadas recicladas com cimento, desenvolveu-se um programa experimental, contemplando a caracterização mecânica (resistência e rigidez), a variação volumétrica e a erodibilidade de misturas contendo fresado asfáltico, materiais de bases rígidas (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento) e cimento Portland. Foram analisados os efeitos da porcentagem de fresado, do teor de cimento e do tempo de cura, compactando-se os corpos de prova na energia Modificada. Com auxílio de um software estatístico, foi elaborado um planejamento experimental para definição das misturas analisadas, contemplando-se diversos níveis para as variáveis independentes (teores de cimento entre 1% e 7%, e porcentagens de fresado variando entre 8% e 92%, aproximadamente). Os tempos de cura considerados foram extrínsecos ao planejamento e variaram de acordo com o ensaio, sendo de 3, 7 e 14 dias para os ensaios de comportamento mecânico e de 7 dias para os demais ensaios. Obtiveram-se modelos com efeitos estatisticamente significativos, com exceção da expansão. Os demais modelos apresentaram coeficientes de determinação de médios a elevados, tendo em vista a heterogeneidade dos materiais estudados, além do tamanho amostral considerável. Foi verificado que todas as variáveis afetam as propriedades analisadas, sendo que o teor de cimento demonstrou maior efeito, sendo que sua adição melhora consideravelmente o comportamento das misturas empregadas, frente à ação do tráfego e da água. Foram alcançados resultados bastante elevados de resistência à compressão simples (1,00 MPa a 6,49 MPa) e resistência à tração na compressão diametral (0,17 MPa a 1,22 MPa); já a rigidez das misturas apresentou uma ampla variação de resultados (484 MPa a 20.031 MPa). Com relação aos materiais de base empregados (brita graduada tratada com cimento e solo-cimento), não se observou uma tendência única; as misturas com solo-cimento apresentaram maior resistência, entretanto, com comportamento ligeiramente inferior quanto à variação volumétrica e à erodibilidade. Na análise da rigidez, os materiais de base mostraram comportamento bastante similar. Para concluir, foi verificado que o procedimento proposto por Fedrigo (2015) também é satisfatório para a dosagem de misturas recicladas constituídas por antigas bases cimentadas e fresado asfáltico, restando ainda quantificar a possível retração por secagem das misturas estudadas. / The end of the useful life of pavements with rigid bases characterizes by the appearance of block and fatigue cracking. The full-depth reclamation with cement (FDR-C) of this layer combined with the asphalt layer seem to be a good choice for the rehabilitation of the pavement structure. Besides being an advantageous solution from a technical point of view, it is competitive in economic terms, besides being sustainable. However, the Brazilian standards are scarce thus limiting its application, highlighting the lack of an appropriated mix design method to this technique. In order to contribute for the development of an FDR-C mix design method, an experimental program was developed aiming to test the mechanical characterization (strength and stiffness), volumetric variation and the erodibility of mixtures made of reclaimed asphalt pavement (RAP), rigid base materials (cement treated crushed stone and soil-cement) and Portland cement. There were analyzed the effects of the RAP percentage, the cement content and the curing time of the specimens. For that, the compaction effort used was the Brazilian Modified one. Through a statistic software, an experimental planning was prepared for mixtures determination, with several levels for the independent variables (cement content between 1% and 7%, and RAP percentage varying by 8% up to 92%, approximately). The curing time analyzed was outward of experimental planning and it varied according to the kind of test. The specimens of mechanical performance were cured for 3, 7 and 14 days, and the other tests were examined at the 7th day of curing time. Models with statically significant effects were obtained, except the swell one. The others had medium and high coefficients of determination, given the heterogeneity of the studied materials, in addition to considerable sample size. It was found that all variables affect the analyzed properties, and the cement content proved to be with the greatest effect among the analyzed factors. Cement addition improves considerably the behavior of the mixtures for the traffic and water actions. Moreover, higher results were achieved for UCS (1.00 MPa up to 6.49 MPa) and ITS (0.17 MPa up to 1.22 MPa) tests. While the mixtures stiffness presented a wide range of results (484 MPa up to 20,031 MPa). Regarding the studied materials, it was observed that they do not have a single trend. The mixtures with soil-cement presented stronger, but with slightly lower behavior for volumetric variation and erodibility. At the stiffness analysis, different materials showed very similar behavior. All in all, it was found that the mix design method proposed by Fedrigo (2015) is also suitable for employment in semi-rigid FDR-C, still remaining to measure the possible drying shrinkage of specimens.

O escoamento entre o poço marítimo e a unidade flutuante é realizado através de dutos definidos como risers. Os risers flexíveis são compostos por camadas intercaladas de diferentes materiais, como aço e polietileno, o qual cada camada possui uma função. Os mecanismos de falha mais reportados são referentes a danos na camada externa polimérica, o que leva à exposição de suas armaduras metálicas ao meio externo. Os risers rígidos são dutos fabricados normalmente em aço, formados por segmentos de dutos unidos por soldas, onde a causa de dano mais frequente é a corrosão. Tem-se como objetivo nesta dissertação, o projeto e desenvolvimento de uma ferramenta e de um método para operações submarinas em risers. A ferramenta deverá ser capaz de aplicar de forma automática, um clamp bipartido no reparo da camada externa polimérica de risers flexíveis, ou acoplar sistemas de monitoramento em risers rígidos. Já o método, deverá permitir a sua aplicação tanto no reparo quanto na proteção do sistema de monitoramento. Para isto, realizou-se uma revisão bibliográfica a fim de obter uma melhor compreensão sobre o tema estudado. Desenvolveu-se o projeto do método e da ferramenta, e, posteriormente, construiu-se o protótipo para a realização de testes de funcionamento em um duto rígido Por último, através de ensaios hidrostáticos de pressão interna e externa, realizaram-se ensaios para avaliação do comportamento do método aplicado em um duto rígido. Os ensaios comprovaram a eficácia do clamp quando aplicado em ambientes submarinos em grandes profundidades, porém apresentou vazamentos nos ensaios de pressão interna e externa. A resina epóxi utilizada não garantiu a estanqueidade, possivelmente devido a sua alta rigidez, aderência ineficaz em superfícies metálicas, ou presença de vazios ou porosidades. O ensaio de pressão interna indicou que as deformações não ultrapassaram o regime elástico tanto do duto quanto do clamp até aproximadamente 182 bar de pressão. No regime elástico, o ensaio apresentou deformações menores no clamp em relação ao duto, possivelmente porque a resina acabou absorvendo as deformações. O método demonstrou ser eficiente como recipiente para a resina, e também permitiu a montagem e fixação de um colar de sensores no seu interior. Os testes de funcionamento mostraram que a ferramenta projetada e construída mostrou-se adequada para a aplicação automática de um clamp bipartido em risers, e o método mostrou-se adequado para sua aplicação em risers, tanto no reparo quanto na proteção do sistema de monitoramento. / The drain between the maritime oil well and the floating unit is made trough pipes, which is defined as risers. The flexible risers are composed by alternate layers from different materials as steel and polyethylene, each layer has its function. The failure mechanisms more reported are referent to the damage in the external polymeric layer which leads to the exposition of the metal armature to the outside. The rigid risers are pipes usually fabricated in steel made by ducts segments connect by spot welding, where the most common damage is corrosion. This essay aims to project and create a tool and a method for submarine operations in risers. The tool must be able to apply, in an automatic way, a bipartite clamp in the repair of the flexible rises in external polymeric layer or to attach monitoring systems to the rigid risers. The method must allow its application in the repair as much as the monitoring system protection. For this, it was made a bibliographic review to obtain a better comprehension from the studied theme. A project from the method and a tool were developed, later a prototype was built to make the operation tests in a rigid pipe. At last, by internal and external pressure hydrostatic trials, were made tests to evaluate the behavior of the method applied in a rigid pipe The trials proved the efficiency of the clamps when applied in submarine environments and in depth; however there were leaks in the internal and external pressure tests. The Epóxi resin did not guarantee the leak-tightness, possible due to its hardness, ineffective adherence in metal surfaces or presence of gaps and porosities. The internal pressure trial indicated that the deformations did not exceed the elastic regime in the pipe as in the clamp until, about 182 pressure bar. In the elastic regime, the trial presented minor deformation in the clamps related to the pipe possibly, because the resin absorbed the deformation. The method has proven efficient as recipient for the resin and also allowed the assembly and fixation of a sensor collar in its interior. The operation tests showed that the designed and built tool is proper for an automatic bipartite clamp application in risers and the method has proven proper for its application in risers in repair as much as monitoring system protection.

This thesis describes a comprehensive study of understanding the mechanism of rigidity sensing by quantitative analysis using submicron pillar array substrates. From mechanobiology perspective, we explore and study molecular pathways involved in rigidity and force sensing at cell-matrix adhesions with regard to cancer, regeneration, and development by quantification methods. In Chapter 2 and 3, we developed fabrication and imaging techniques to enhance the performance of a submicron pillar device in terms of spatial and temporal measurement ability, and we discovered a correlation of rigidity sensing forces and corresponding proteins involved in the early rigidity sensing events. In Chapter 2, we introduced optical effect arising from submicron structure imaging, and we described a technique to identify the correct focal plane of pillar tip by fabricating a substrate with designed-offset pillars. From calibration result, we identified the correct focal plane that was previously overlooked, and verified our findings by other imaging techniques. In Chapter 3, we described several techniques to selectively functionalize elastomeric pillars top and compared these techniques in terms of purposes and fabrication complexity. Techniques introduced in this chapter included direct labeling, such as stamping of fluorescent substances (organic dye, nano-diamond, q-dot) to pillars top, as well as indirect labeling that selectively modify the surface of molds with either metal or fluorescent substances. In Chapter 4, we examined the characteristics of local contractility forces and identified the components formed a sarcomere like contractile unit (CU) that cells use to sense rigidity. CUs were found to be assembled at cell edge, contain myosin II, α-actinin, tropomodulin and tropomyosin (Tm), and resemble sarcomeres in size (~2 μm) and function. Then we performed quantitative analysis of CUs to evaluate rigidity sensing activity over ~8 hours time course and found that density of CUs decrease with time after spreading on stiff substrate. However addition of EGF dramatically increased local contraction activity such that about 30% of the total contractility was in the contraction units. This stimulatory effect was only observed on stiff substrate not on soft. Moreover, we find that in the early interactions of cells with rigid substrates that EGFR activity is needed for normal spreading and the assembly of local contraction units in media lacking serum and any soluble EGF. In Chapter 5, we performed high temporal- and spatial-resolution tracking of contractile forces exerted by cells on sub-micron elastomeric pillars. We found that actomyosin-based sarcomere-like CUs simultaneously moved opposing pillars in net steps of ~2.5 nm, independent of rigidity. What correlated with rigidity was the number of steps taken to reach a force level that activated recruitment of α-actinin to the CUs. When we removed actomyosin restriction by depleting tropomyosin 2.1, we observed larger steps and higher forces that resulted in aberrant rigidity sensing and growth of non-transformed cells on soft matrices. Thus, we conclude that tropomyosin 2.1 acts as a suppressor of growth on soft matrices by supporting proper rigidity sensing.

Os métodos de controle de movimento em animação baseados em Física, e utilizados em Computação Gráfica, tem como objetivo simular o comportamento de objetos de acordo com as leis físicas que governam o mundo virtual adotado. Este trabalho utiliza a dinâmica de corpos rígidos como método de controle de movimento em animação por computador aplicada a movimentos e colisões de corpos rígidos não-articulados. O trabalho também apresenta uma metodologia para projeto e implementação de simulações gráficas com o objetivo de estabelecer relações entre modos de interação e os mecanismos de abstração necessários em ambientes de simulação. A principal vantagem da utilização da Mecânica newtoniana esta no fato de que ela garante o realismo dos movimentos e colisões. Associados a cada objeto devem estar os seguintes atributos físicos: centro de massa, massa total, momento de inércia e, eventualmente, a elasticidade do material. A partir de um estado inicial (velocidade linear, posição, velocidade angular e orientação) e de estímulos iniciais sobre os objetos (forças e torques), o sistema determina a evolução do estado dinâmico inicial ao longo de um dado intervalo de tempo. Para produzir o movimento dos corpos, são resolvidos sistemas de equações diferenciais de primeira ordem utilizando métodos numéricos. O tratamento de colisões de corpos rígidos envolve a detecção da colisão e contato entre objetos e a determinação das forças de contato entre os mesmos. A estratégia utilizada para a colisão considera que num determinado instante de tempo existe apenas um ponto de contato entre dois objetos. As superfícies dos objetos são representadas por uma grade de pontos conectados para formar polígonos. Existem dois tipos de estratégias para se detectar o ponto de contato entre dois objetos: o ponto de contato resultante da intersecção do vértice das arestas de um objeto com a face poligonal de outro objeto e o resultante da intersecção da aresta de um objeto com a face poligonal de um outro objeto. A análise de impacto, para resolver a dinâmica, utiliza um método analítico que preserva os momentos linear e angular durante a colisão e resulta em novas velocidades linear e angular para cada corpo rígido. Este tratamento de colisões permite ao sistema de animação realizar, em tempo de simulação, um controle automático da restrição de que dois corpos rígidos, ao colidirem, não podem se interpenetrar. Tal tratamento automático, em geral, não realizado pelos sistemas de animação por computador atualmente existentes. O trabalho apresenta o protótipo desenvolvido para validar as soluções dadas aos problemas de determinação do movimento e detecção de colisões, assim como sua aplicação na produção de suas seqüência animadas. São comentadas, também, as extensões do presente trabalho, decorrentes da abordagem dada ao problema da simulação do comportamento fundamental de corpos rígidos num dado mundo virtual a qual permite a incorporação de outras características aos objetos: elasticidade, para modelagem de deformações, e articulações, para produção de movimentos articulados com diferentes graus de liberdade. / The goal of the motion control methods used in Computer Graphics for physically based animation is to simulate the behavior of objects according to physical laws that govern a certain virtual world. This work uses rigid body dynamics as a motion control method for animation applied to motions and collisions of non-articulated rigid bodies. In addition, the work presents a methodology for the design and implementation of graphical simulation systems with the aim of providing relationships among interaction modes and abstraction mechanisms for a variety of applications. The principal advantage in using Newtonian Mechanics is that it keeps the realism of motions and collisions. Physical attributes must be associated with objects: center of mass, mass, moment of inertia, and sometimes, elasticity of the materials. Given an initial state (linear velocity, position, angular velocity, and orientation) and initial stimuli applied to the objects (forces and torques), the system determines the evolution of the dynamic state along a determinate time interval. The motion description is obtained using numerical solutions of sets of first order differential equations. The treatment of collisions of rigid bodies involves detecting collision and contact between objects and determining the contact forces present between contacting objects. The strategy used to treat collisions takes into account that there is just one contact point between two objects. The surfaces of objects are represented by a grid of connecting points forming polygons. There are two kinds of strategies to detect the contact point between two objects: the contact point resulting of intersecting the vertices of the edges of an object with the polygonal face of another one and that resulting of intersecting the edges of an object with the polygonal face of another one. The analysis of impact, to resolve the dynamic, uses an analytical method that preserves the linear and angular moments during the collision, finding a new linear and angular velocity for each rigid body. This treatment of collision allows the animation system to provide, at simulation time, an automatic control of the restriction that there is no interpenetration between two rigid bodies when they colide. This automatic treatment in general is not provided by existing computer animation systems. The work presents the prototype developed for validating the solutions given to the problems of motion control and collisions treatment, as well as its application in the production of animated sequences. The text ends with comments on extension of the present work from the approach given to the problem of simulating the behavior of objects in a certain virtual world allowing the incorporation of other characteristics to the objects: elasticity, to model deformations, and articulations, for the production of articulated movements with different degrees of freedom.

Risers são elementos que fazem a conexão física entre a plataforma e o poço. Eles são fundamentais na explotação de petróleo no mar. O projeto destes elementos é, cada vez mais, uma tarefa desafiadora, devido ao aumento da profundidade de explotação, que pode tornar inviável a utilização de uma configuração mais tradicional, como a catenária. Para viabilizar a explotação através de risers, surgem outras configurações, entre elas a lazy-wave, que foi estudada neste texto. Um riser deve atender a critérios de engenharia quando submetido a diversas condições ambientais. Cada uma destas condições é simulada numericamente o que, devido à complexidade do problema, demanda um grande tempo computacional. Considerando-se que, dado um campo, existe um grande número de possibilidades de configurações de risers, o tempo necessário para uma busca exaustiva pela melhor configuração é grande demais, tornando o resultado do projeto altamente dependente da experiência do projetista. Neste trabalho foi proposta uma abordagem diferente, atacando o problema por três frentes: o uso de técnicas de otimização para tomada de decisão sobre as configurações a serem simuladas, com o objetivo de diminuir o número de simulações necessárias, a realização das simulações através de modelos capazes de diminuir o tempo de simulação de cada condição ambiental, e o uso de computação paralela, por meio da qual o trabalho computacional é dividido entre vários núcleos, permitindo maior rapidez na obtenção dos resultados. Para aplicar as técnicas de otimização, foi necessário transformar o projeto de um riser em um problema de otimização, definindo variáveis de projeto, restrições e função objetivo. Em seguida estudaram-se os métodos de otimização aplicáveis ao problema e estes foram implementados em uma ferramenta computacional. Os modelos utilizados para realização das análises dinâmica e estática foram trabalhados tanto para generalização quanto para aumento de robustez e de confiabilidade. A ferramenta desenvolvida foi aplicada a um caso real e os resultados apresentados, através dos quais foi estudada a influência das condições ambientais (movimentos do topo, correntezas e offsets) utilizadas. Dois algoritmos heurísticos e quatro de programação matemática foram também comparados, os primeiros tanto em sua versão serial quanto na paralela. Comparações entre diferentes funções objetivo foram feitas, tendo o melhor resultado sido obtido minimizando a máxima amplitude de tensão dinâmica. Através da minimização desta função, a resposta dinâmica do riser é aprimorada, tendo sido obtidos resultados que mostram que é possível conseguir em pouco tempo e de maneira automática uma configuração que satisfaz os critérios de engenharia aplicáveis a este tipo de projeto e que é a melhor de acordo com uma medida objetiva de eficiência. / Risers are elements that physically connect the platform to the well. They are fundamental elements in sea oil exploitation. Their project is a challenging task, due to the continuous increase in exploitation depth, which can turn infeasible the use of more traditional configurations, such as the free-hanging. To make the exploitation feasible, other configurations are possible, among them the lazy-wave, which was studied in this text. A riser must fulfill engineering criteria under several environmental conditions. Each of these environmental conditions is numerically simulated and, due to the complexity of the problem, the required computational time is high. If one considers that, in a given field, a great number of riser possibilities exists, the time required for a comprehensive search for the best configuration is too large, making the project outcome highly dependent on the designers experience. In this work a different approach was proposed, in three fronts: the use of an optimization technique to decide which configurations will be simulated; in order to reduce the number of necessary simulations, the execution of the simulations using models which are capable of reducing simulation time for each environmental condition; and the use of parallel computing, through which the computational burden is divided among several cores, leading to a faster solution. In order to apply an optimization technique, it was necessary to transform a riser design into an optimization problem, defining design variables, restrictions and objective function. Then, applicable optimization methods were studied and implemented in a computational tool. The models used for the execution of the dynamic and static analyses were generalized and tweaked, so that a better reliability and robustness could be achieved. The developed tool was applied to a real case and the results presented, through which were studied the influence of environmental conditions (top movements, currents and offsets). Two heuristic and four mathematical programming optimization algorithms were also compared, the first both in serial and parallel versions. Comparisons among different objective functions were made, with the best result being obtained by minimizing the maximum dynamic stress amplitude. Through the minimization of this function, the dynamic response of the riser is improved, with results which show that it is possible to obtain in a short time and in an automated way a configuration that fulfills the applicable engineering criteria and that is the best, according to an objective performance measure.

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The experimental program consisted of test of fourteen simple concrete plates with sawed joint, and adoption of the following variable: presence of smooth dowel of Ø 12,5mm, variation of the length of dowel (500 mm, 400 mm and 300 mm), variation of the thickness of the plates (120 mm and 160 mm), variation of the strength to the compression of the concrete (20 MPa and 30 MPa) and of the type of used concrete (conventional and autoadensável). These plates had been supported on natural and assayed rubber layers with static shipment application in one of the sides of the together one until the rupture of the plate. The results had shown that: the use of dowel in these meetings increases the efficiency in the transference of efforts; the increase in the thickness of the plate increases the resistant capacity of the together one, the efficiency in the transference of efforts and possesss minors displacements of the plate during the application of the shipment; the dowel with reduced size are efficient, but the bars of 400 mm present resulted next to the one to the bar in commercial size, 500 mm; the plates in autoadensável concrete after the fissuration practically do not present contribution of the concrete in the transference of efforts for the intertravamento of aggregates; the sawed joint depth of the together one has influence in the way of rupture of the plate and tack relation enters the bar of transference and concret. / A junta faz parte do processo construtivo do pavimento de concreto. Na sua execução a seção de concreto localizada abaixo dela fica enfraquecida e acaba se tornando o ponto mais vulnerável do pavimento onde podem surgir as possíveis patologias que venham a afetar a sua resistência e durabilidade. Apesar da importância que a junta possui na vida útil do pavimento de concreto este assunto é pouco explorado, e por isso se tornou o objeto principal deste estudo. Este trabalho é um estudo experimental das juntas serradas em pavimento rígido de concreto com avaliação da transferência de esforços cisalhantes através das juntas serradas. O programa experimental constou de ensaios de quatorze placas em concreto simples com junta serrada, e adoção das seguintes variáveis: presença de barra de transferência lisa de Ø 12,5mm, variação do comprimento das barras de transferência (500 mm, 400 mm e 300 mm), variação da espessura das placas (120 mm e 160 mm), variação da resistência característica à compressão do concreto (20 MPa e 30 MPa) e do tipo de concreto utilizado (convencional e autoadensável). Essas placas foram apoiadas sobre camadas de borracha natural e ensaiadas com aplicação de carregamento estático em um dos lados da junta até a ruptura da placa. Os resultados mostraram que: o uso de barras de transferência nessas juntas aumenta a eficiência na transferência de esforços; o aumento na espessura da placa aumenta a capacidade resistente da junta, a eficiência na transferência de esforços e possuem menores deslocamentos da placa durante a aplicação do carregamento; as barras com tamanho reduzido são eficientes, mas as barras de 400 mm apresentam resultados próximos ao da barra em tamanho comercial, 500 mm; as placas em concreto autoadensável após a fissuração praticamente não apresentam contribuição do concreto na transferência de esforços pelo intertravamento dos agregados; a profundidade da junta serrada tem influência no modo de ruptura da placa e relação de aderência entre a barra de transferência e o concreto.

Em estruturas de concreto pré-moldado, as ligações usualmente apresentam comportamento semi-rígido, apesar desse tipo de vinculação não ser sempre considerado no projeto e análise das estruturas. Ensaios dinâmicos para a determinação da rigidez da ligação apresentam a vantagem de serem não-destrutivos e a possibilidade de serem utilizados na verificação das condições reais de vínculo ou para a avaliação da necessidade de um eventual reforço estrutural. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um método para a análise da deformabilidade de estruturas de concreto baseado em ensaios dinâmicos, focalizando a semi-rigidez das ligações de elementos pré-moldados. Os objetos de estudo específicos são as ligações viga-pilar com capacidade de transmissão de forças e momentos. Em uma etapa preliminar desta pesquisa, realizaram-se ensaios-piloto em diferentes modelos de estruturas de concreto e de aço, em tamanho real e reduzido, com diferentes condições de contorno, para avaliar os instrumentos, equipamentos e sensores disponíveis. A partir da verificação da metodologia experimental proposta, realizou-se um estudo comparativo dos resultados obtidos com ensaios estáticos e dinâmicos em um modelo reduzido de pórtico de concreto pré-moldado, utilizando métodos diretos na obtenção da rigidez da ligação entre os elementos. Na confecção das ligações viga-pilar, foram empregados dispositivos usuais, tais como: dente e consolo, chumbador, almofada de apoio e preenchimento com graute e, posteriormente, aplicados reforços por inserção de laminado de PRFC inseridos no concreto de cobrimento, que permitiu o incremento da resistência e da rigidez à flexão das ligações. A metodologia experimental para determinar a rigidez da ligação viga-pilar envolveu procedimentos diretos, com ensaios dinâmicos de vibração forçada e sinais medidos por acelerômetros, e ensaios estáticos usuais em que se utilizam transdutores de deslocamento e clinômetros. Os resultados dos ensaios com os modelos de concreto, corroborados pelos resultados dos modelos metálicos, demonstram a validade da utilização da metodologia experimental dinâmica para determinação direta da rigidez de ligações. As conclusões obtidas aplicam-se diretamente ao projeto das estruturas e à prática da investigação estrutural, dentro do ambiente acadêmico e da indústria. / Usually precast concrete connections are considered as perfect joints (pinned or rigid), however the real behavior can be intermediate what is called semi-rigid. The use of dynamic tests is an advantage to obtain stiffness values without damaging the structure and can be used to assess the real boundary conditions or verify the need for structural strengthening. This research aims to develop a dynamic experimental procedure to determine the beam-to-column connection stiffness of precast concrete structures directly from accelerometer measured data. The preliminary tests were carried on specimens of real size or reduced scale, as well as concrete or steel connection specimens with different boundary conditions. The experimental tests were conducted in a reduced scale concrete frame composed of precast columns and beam. The frame was tested through dynamic and static methods in order to obtain the beam-to-column stiffness value directly. The beam was connected to the columns by pinned connections, formed by support cushions and dowels. In addition, the connections were strengthened by embedding CFRP strips in the lateral concrete cover, according to NSM technique (Near-Surface Mounted). Experimental static and dynamic tests were done at different loading steps. The results obtained with concrete and steel models show good agreement between static and dynamic tests.

3D human face reconstruction has been an extensive research for decades due to its wide applications, such as animation, recognition and 3D-driven appearance synthesis. Although commodity depth sensors are widely available in recent years, image based face reconstruction are significantly valuable as images are much easier to access and store. In this dissertation, we first propose three image-based face reconstruction approaches according to different assumption of inputs. In the first approach, face geometry is extracted from multiple key frames of a video sequence with different head poses. The camera should be calibrated under this assumption. As the first approach is limited to videos, we propose the second approach then focus on single image. This approach also improves the geometry by adding fine grains using shading cue. We proposed a novel albedo estimation and linear optimization algorithm in this approach. In the third approach, we further loose the constraint of the input image to arbitrary in the wild images. Our proposed approach can robustly reconstruct high quality model even with extreme expressions and large poses. We then explore the applicability of our face reconstructions on four interesting applications: video face beautification, generating personalized facial blendshape from image sequences, face video stylizing and video face replacement. We demonstrate great potentials of our reconstruction approaches on these real-world applications. In particular, with the recent surge of interests in VR/AR, it is increasingly common to see people wearing head-mounted displays. However, the large occlusion on face is a big obstacle for people to communicate in a face-to-face manner. Our another application is that we explore hardware/software solutions for synthesizing the face image with presence of HMDs. We design two setups (experimental and mobile) which integrate two near IR cameras and one color camera to solve this problem. With our algorithm and prototype, we can achieve photo-realistic results. We further propose a deep neutral network to solve the HMD removal problem considering it as a face inpainting problem. This approach doesn't need special hardware and run in real-time with satisfying results.

Dans cette thèse, nous avons voulu exploiter et étendre les outils de simulation à notre disposition pour proposer des méthodes de caractérisation et de prédiction du mélange à différentes échelles. À l'échelle locale d'écoulements macroscopiques, nous avons voulu exploiter les possibilités offertes par le logiciel de simulation 3D éléments finis XimeX® et y apporter des améliorations dans le but d'obtenir un outil d'étude du mélange distributif de particules dans un polymère par extrusion bivis. Nous avons ainsi enrichi la méthode éléments finis existante à l'aide de la bibliothèque éléments finis CimLib© du Cemef pour atteindre une plus grande précision de calcul, puis nous avons testé plusieurs méthodes de lâchers de particules afin de simuler le déplacement de charges dans la matrice polymère au cours du mélange. Nous avons ensuite appliqué quelques méthodes de caractérisations du mélange, dont une inédite, à ces lâchers de particules, et ce dans le cas de plusieurs géométries de vis. À l'échelle de la particule, on s'est intéressé aux mécanismes conduisant à la casse de fibres rigides, telles que les fibres de verre, lors du mélange avec un polymère en extrusion bivis. Nous avons choisi de faire des hypothèses assez importantes afin de simplifier ce problème extrêmement complexe et nous avons proposé une méthode de simulation de l'évolution de la distribution des longueurs de fibres le long de l'écoulement basée sur la conservation de la masse des fibres. Nous avons utilisé comme paramètres de cette simulation les résultats de calcul 1D obtenus par le logiciel Ludovic® qui repose sur des approches de type ALH. Nous avons ensuite comparé quelques résultats de calcul à des distributions de longueurs mesurées sur des échantillons prélevés le long d'une extrudeuse bivis. / In this thesis, we have attempted to use and to extend previously developed simulation tools to propose characterisation and mixing prediction methods at different scales. At a local macroscopic flow scale, we attempted to use the possibilities given by the 3D finite element software XimeX® and to improve it in order to obtain a tool for mixing simulation of filled polymers in twin-screw extruders. Thus we have enriched the existing finite element method using the Cemef finite element library CimLib© in order to achieve a greater computation accuracy. Then we have tested several particle tracking methods to predict the fillers displacement into the matrix during mixing. Furthermore, we have applied several characterisation methods to these particles tracking results for different screw geometries. At the particle scale, we have focused on the mechanisms leading to rigid fibres (such as glass fibres) breakage during mixing with polymer in twin-screw extruders. We have some assumptions in order to simplify this extremely complex problem. We then have proposed a simulation method of the evolution of the fibres length distribution along the flow. This method is based on the fibres mass conservation. We have used the results of the Ludovic® software 1D computations based on lubrication theory as impute parameters for this simulation. Then we have compared some computational results to length distributions measured on experimental samples taken along a twin-screw extruder.