Este trabalho apresenta a proposta de topologia para um atuador planar sem núcleo ferromagnético na armadura, sua análise teórica em termos de forças de tração que nele atuam, seu desenvolvimento e resultados teóricos e experimentais obtidos como base em um protótipo construído. O atuador planar tem características inovadoras: uma armadura estacionária sem ferro com enrolamentos ortogonais e dois carros acoplados magneticamente um ao outro com quatro ímãs permanentes de NdFeB de alto produto energético. A armadura desse estator é composta por enrolamentos planares multifases colocados de tal maneira que dois enrolamentos ortogonais independentes são produzidos e assim definem duas forças de propulsão ortogonais. Cada carro possui uma culatra de aço que suporta os ímãs permanentes e que está ligada a uma estrutura de suspensão mecânica para permitir o movimento bidirecional sobre a área definida pela armadura. Esse tipo de atuador pode ser usado em aplicações que requerem o movimento em qualquer direção ao longo de um plano. O protótipo desenvolvido neste trabalho foi testado com a finalidade de validar suas características estáticas de operação com relação à análise numérica e o modelo analítico. Os valores de densidade de fluxo magnético no entreferro e de força planar de propulsão, obtidos através de ensaios, apresentaram uma boa aproximação em relação aos valores obtidos através da simulação numérica e do modelo analítico. Para os ensaios de força normal este trabalho preocupou-se em analisar numérica e experimentalmente os resultados, que também apresentaram valores convergentes e satisfatórios para os itens propostos. Para os ensaios do atuador planar com regulagem de entreferro de 12 mm e 24 mm foram encontradas sensibilidades médias da força planar de propulsão de 7,19 N/A e 4,13 N/A respectivamente. / This work presents a proposal of topology of a planar actuator with an ironless armature core, its theoretical analysis in terms of the driving forces that acting on the actuator, its development, the theoretical and experimental results obtained for an implemented prototype. Such planar actuator has innovative features: a stationary and ironless armature core with orthogonal planar windings and two cars magnetically coupled to each other by means of four high energy-product NdFeB permanent magnets. The stator of the actuator comprehends an ironless core with two sets of multiphase windings placed in such a way that two independent orthogonal windings form the armature in a way that allows the yielding of two orthogonal propulsion forces. Each car has a back iron which supports two permanent magnets and is supported by a suspension structure to allow bidirectional movement of the coupled cars. This type of actuator can be used in applications that require the movement in any direction over a plane. The prototype of this study was tested in order to validate their static characteristics of operation with respect to the numerical analysis and the analytical model. The values of magnetic flux density in the air gap and the planar propulsion force obtained through testing, showed a good agreement with the values obtained by numerical simulation and analytical model. The normal force tests showed good agreement with the results of the numerical analysis. The tests of planar actuator with air gaps of 12 mm and 24 mm were found to produce an average sensitivity of the planar propulsion force of 7.19 N/A and 4.13 N/A respectively.

La simulation de la dynamique des systèmes multicorps avec contact frottant joue un rôle important dans un grand nombre d'applications industrielles.Elle est même devenue une partie importante du développement de nouveaux produits, de la vérification et même de l'optimisation de leur conception pour améliorer les anciens produits.Les travaux présentés dans cette thèse font partie d'une collaboration entre l'équipe BiPoP, équipe de recherche de l'INRIA Grenoble, et Schneider Electric.Le but principal de ces travaux est de comprendre l'influence du jeu dans les articulations, ainsi que l'influence du dimensionnement industriel et les tolérances géométriques sur lecomportement global des liaisons mécaniques. Plus spécifiquement nous avons étudié le mini-disjoncteur C-60 (domaine dans lequel la sécurité humaine doit être garantie), pour répondre à cette demande de robustesse, tout en respectant les tolérances sur les pièces constituant le disjoncteur C-60.Le jeu radial dans les articulations pivot est une source de variabilité dans les conditions initiales du système, mais également dans la dégradation de ses performances.La dégradation du système se présente toujours sous forme de vibrations, de bruit, de forces de réactions très grandes dans les articulations, de mauvaise précision et exactitude de la sortie.Le but est d'étudier l'influence des conditions initiales et le déplacement hors-plan, ainsi que l'effet de polarisation en trois dimensions.Un objectif supplémentaire est de développer un banc d'essai virtuel efficace pour reproduire les mesures obtenues sur un vrai banc d'essai en laboratoire, en utilisant la plateforme logicielle SICONOS qui utilise la méthode NSCD (Non Smooth Contact Dynamic) introduite par J.J. Moreau et M. Jean.Le schéma NSCD a prouvé son efficacité numérique: il est capable de traiter des problèmes de complémentarité, le contact ainsi que les impacts et les lois de frottement multivaluées.Le but est de comprendre quelle est la meilleure description géométrique pour simuler de très petits jeux.L'étude complète est divisée en deux parties. La progression part du cas planaire pour arriver au cas spatial, et la complexité suit le même chemin.Dans le cas planaire, on analyse un mécanisme à quatre barres avec du jeu quand une des articulations est commandée en boucle ouverte, ou par retour d'état linéaire ou non-linéaire(PD, linéarisation par retour d'état, ou commande passive).L'accent est mis sur la quantification de la dégradation des performances quand du jeu est ajouté dans les articulations. On montre alors que les commandes par retour d'état se comportent de façon robuste.Dans le cas spatial, le mécanisme C-60 est analysé précisément pour explorer les possibilités de relaxer les tolérances industrielles sur les pièces sans compromettre ni les performances ni la sécurité. L'influence de l'entrée, du modèle et des incertitudes numériques sur le modèle C-60 est étudiée.L'influence induite par le jeu et le coefficient de frottement dans les articulations sur la performance du produit est étudiée.Pour valider le modèle de simulation, des expériences sont effectuées sur des prototypes d'essai et les résultats sont comparés avec les simulations numériques.Nous avons trouvé une bonne correlation entre les résultats numériques et expérimentaux.L'analyse statistique~(analyse du pire cas, et par des simulations basées sur la méthode de Monte-Carlo) a été réalisée pour trouver la dispersion des conditions fonctionnelles.En plus des variations dimensionnelles, la tolérence aux variations géométriques comme la forme, l'orientation et la position, est analysée.Ce travail de recherche devrait aider les concepteurs à simuler le comportement du système mécanique avec une articulation de révolution imparfaite,depuis l'étape de conception préliminaire jusqu'à la fin de la conception pour avoir une amélioration significative de la planification et du budget. / Dynamic simulation of multibody systems with unilateral contact and friction plays an important role in a wide range of industrial applications. It has become an integral part of new product development, verification/optimization of the design and to enhance the old products.This work is a part of collaboration between the BiPoP research team of INRIA Grenoble and the Schneider Electric company.The main goal of this thesis is to understand the influence of clearances in the revolute joints on the overall behaviour of the linkage mechanisms and specifically on the C-60 miniature circuit breaker where human safety must be guaranteed.In other words, the objective is to address the robustness of the C-60 breaker with respect to the production tolerances, which areexpressed in the form of dimensional and geometrical variations on the parts. These variations are the source of clearance in the joints of the mechanism.The radial clearance in the revolute joints is a source of variability in the initial conditions of the system and also the degradation of the system's performance. The degradation of the system isalways in the form of vibration, noise, very high reaction forces at the joints.The aim is to study the influence of initial conditions and the out-of-plane motion, so the polarization effect in three dimensional case.Another objective is to develop the time efficient virtual test bench to reproduce the measurements of real test bench in the laboratory using the open-source simulation software SICONOS which is based on the NonSmooth Contact Dynamic method (NSCD) introduced by J.J. Moreau and M. Jean.The NSCD scheme is proven to be a quite efficient numerical method, capable of handling complementarity conditions, as well as impacts and set-valued friction laws.The goal is to understand what is the most appropriate geometricdescription which allows to simulate very small clearances.The complete study is divided in two main sections.The progress through these partsgoes from the planar to the spatial case, the complexity follows the same advance.In the planar case, a four-bar mechanism with joint clearance, when one joint is actuated by collocated open-loop or state feedback controllers (PD, statefeedback linearization, passivity-based) is analysed. The focus is put on how much the performancedeteriorates when clearances are added in the joints. It is shown that collocated feedback controllersbehave in a robust way.In the spatial case, the C-60 mechanism is analysed precisely to explore the possibilities to relax the manufacturing tolerances on the parts withoutany compromise on either performance or the human safelyThe influence of the input, model and numerical uncertainties on the C-60 model is studied. The joint-wise influences of the clearance and coefficient of friction on theproduct performance are studied.To validate the simulation model, experiments are carried-out on the prototype samples and the results are compared with the simulations.We found quite good correlation between the virtual and experimental results.A statistical analysis~(worst-case and Monte Carlo simulation) has been carried out to find out the dispersion of the functional conditions.In addition to dimensional variations, the geometrical variations such as form, orientation and position tolerances are also analyzed.This research work shall help the designers to simulate the real time behaviour of the mechanical systems with the imperfect revolutejoint from the pre-design stage till the end of the design, to have good improvement on schedule and budget.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-03-18Bitstream added on 2014-06-13T21:02:05Z : No. of bitstreams: 1 sano_dmc_dr_bauru.pdf: 2390435 bytes, checksum: c70bb14dca9d8503f9a9ce373ebe90a2 (MD5) / Neste trabalho foi realizada a simulação numérica da fase líquida no processo de deposição de filmes finos pela técnica de molhamento (dip-coating), via sol-gel, utilizando como aplicação soluções precursoras de dióxido de estanho (Sn'IND. 2'). Dióxido de estanho é um semicondutor transparente de gap largo, amplamente utilizado em muitos tipos de dispositivos. Além da técnica convencional, o trabalho analisa uma nova proposta da técnica de deposição dip-coating onde a solução se encontra em uma temperatura diferente da ambiente. Para ambas as técnicas foram realizadas a modelagem matemática dos problemas e desenvolveu-se um método numérico apropriado baseado no método MAC (Marker and Cell). O problema foi resolvido em coordenadas cartesianas bidimensionais e as equações foram discretizadas pela técnica de diferenças finitas. Os resultados numéricos são visualizados por meio da distribuição de temperatura e vetores velocidade da solução precursora, que fornecem subsídios para investigação da influência dos vetores velocidade na obtenção de filmes com boas propriedades, em relação à uniformidade e homogeneidade. Verifica-se que estas características refletem diretamente na qualidade óptica dos filmes investigados, tornando-se parâmetros importantes para aplicações em dispositivos opto-eletrônicos. Através dos resultados numéricos verificou-se que nas regiões do fluido próximas ao substrato, os módulos dos vetores velocidade são maiores, há uma maior quantidade de material sendo depositado. Notou-se também, através da distribuição de velocidades em direção ao substrato que o filme tem uma melhor uniformidade na sua espessura quando os vetores velocidade possuem os valores de seus módulos mais próximos uns dos outros. Portanto, mudando os parâmetros iniciais de viscosidade, densidade, velocidade de imersão/emersão do substrato ou temperatura no fluido pode-se estudar o comportamento. / In this work, the numerical simulation of liquid phase in the thin film deposition, by the sol-gel-dip-coating technique, was carried out. The method was applied to tin dioxide (Sn'IND. 2') solutions. Tin dioxide is a transparent semiconductor of wide bandgap, extensively used in many types of devices. Besides the conventional procedure, this work analyses a new proposal for the deposition technique, where the solution is heated above room temperature. In both cases, the mathematical modeling was done and the appropriated numerical method was developed, based on MAC (Marker and Cell) approach. The problem was solved in two-dimensional Cartesian coordinates and the equations were discretized by the finite difference technique. The numerical results are visualized through temperature and vector velocity distributions in the precursos solution, yielding subsides to the investigation of the influence of vectors velocity in the deposition of good property films, concerning uniformity and homogeneity. It was verified that these characteristics point directly toward the optical quality of investigated films, becoming important parameters for application in optoelectronic devices. The numerical results allow verifying that in the fluid regions close to the substrate, where the velocity modulus is highter, there is a larger amount of material being deposited. It was also noticed, through the velocity distribution towards the substrate, that the film has a better thickness uniformity when the vectors velocity have modulus values closer to each other. Therefore, changing initial parameters such as viscosity, density, substrate dipping rate or fluid temperature, it is possible to evaluate the fluid behavior during the thin film deposition.

Les procédés de formage à grande vitesse comme le magnétoformage et le formage électrohydraulique se développent actuellement à l'échelle industrielle. La conception de ces procédés nécessite le recours à la simulation numérique, du fait de leur caractère fortement dynamique et multiphysique. Pour garantir la précision de ces simulations, il est essentiel de disposer de données pertinentes capables de décrire le comportement dynamique des matériaux déformés.Ce travail de thèse se propose de développer des essais mécaniques basés sur le procédé de magnétoformage afin de caractériser le comportement en écrouissage dynamique de matériaux sous forme de tubes ou de tôles. Les conditions d'essai sont ainsi au plus proche des conditions de déformation visées.Le premier essai mis en place chez iCube Research est un essai d'expansion électromagnétique de tube, instrumenté à l'aide de mesures de courant et de vitesse par photonic Doppler velocimeter (PDV). Le choix de l'inducteur, l'optimisation du modèle numérique (LS-Dyna®) et la sensibilité de l'essai aux incertitudes de mesure sont discutés. La procédure d'identification par analyse inverse est mise en place, et sa capacité à identifier les paramètres du modèle de comportement est étudiée. La sensibilité de l'essai aux paramètres du modèle, et leurs corrélations, sont également analysées.Cette procédure a ensuite été adaptée à un essai dédié à des éprouvettes issues de tôles. Le mode de chargement et de déformation produit par cet essai a permis de réduire de façon significative la sensibilité de la caractérisation aux incertitudes expérimentales par rapport à l'essai d'expansion de tube. Une démarche de réduction de modèle a rendu possible l'utilisation de cet essai dans le cadre d'une procédure itérative d'identification de paramètres.Les deux essais ont été appliqués à l'aluminium 1050 à l'état recuit, et ont permis de mettre en évidence une sensibilité marquée à la vitesse de déformation, avec une augmentation de l'écrouissage par rapport au comportement mesuré par des essais de traction uniaxiale quasi-statique. D'autres nuances d'aluminium ou alliages de cuivre ont également été caractérisés par l'un ou l'autre des essais. La procédure mise en place n'est pas restrictive quant au choix du modèle de comportement dynamique. Dans le cadre de cette étude, qui vise essentiellement à caractériser l'écrouissage dans une gamme relativement restreinte de vitesses de déformation (entre 100 et 5000 s-1), le choix s'est porté sur le modèle de Johnson-Cook.Les conditions dynamiques du formage (hautes vitesses de déformation, impacts, mode de déformation en flexion contre une matrice…) peuvent apporter des gains importants en termes d'allongement. La problématique de la caractérisation de limites de formage dynamiques, qui doit faire l'objet de développements ultérieurs, est introduite en dernière partie. / High speed forming processes such as magnetic pulse forming and electrohydraulic forming are currently developing at the industrial scale. Design of these processes requires numerical simulation to take into account the highly dynamic and multiphysics conditions. To ensure the representativeness of the simulations, there is an important need for relevant data describing the material dynamic behavior.In this study, mechanical tests based on magnetic pulse forming have been developed in order to characterize the dynamic strain hardening of materials in the form of tubes or sheets. The testing conditions are then very similar to the real industrial forming conditions.The first test developped at iCube Research is an electromagnetic tube expansion test, instrumented with pulse current measurement devices and photonic Doppler velocimetry (PDV). Design of the inductor, optimization of the numerical model, and test sensitivity to the experimental uncertainties are discussed. The inverse analysis identification procedure is established, and its ability to identify the constitutive model parameters is examined. The sensitivity of the test to the model parameters, and their correlations, are analyzed as well.This procudure is then adapted to a test dedicated to plane samples, cut from sheets. The loading mode and the deformation mode induced by this test enables a significant reduction of the characterization sensitivity relative to experimental uncertainties, as compared to tube expansion testing. A model reduction approach makes it possible to use this test in an iterative parameter identification procedure.Both tests are applied to annealed aluminium 1050, and they reveal a significant strain-rate sensitivity, with a stronger strain-hardening than that measured by quasi-static tensile tests. Ohter aluminium alloys and copper alloys have been dynamically characterized by one of the tests. The developped procedure is not restrictive for the selection of the constitutive model. In this study, which concerns a relatively narrow strain-rate domain (from 100 to 5000 s-1), the Johnson-Cook model has been chosen.The dynamic forming conditions (high strain-rates, impact, deformation mode by flexion against a die…) are likely to offer great improvements in formability. The problem of dynamic forming limits characterization, which will be the subject of further developpements, is introduced as a last chapter.

Ultrassonografia (US) é usada por médicos para ajudar em diagnósticos e intervenções. Ela fornece uma visada tomográfica de órgãos internos como, por exemplo, pâncreas aorta, fígado, bexiga, rins e baço. O médico pode utilizar a US para realizar apenas uma avaliação visual ou pode também comprimir o tecido para analisar a dinâmica, uma vez que a elasticidade da lesão pode estar relacionada à patologias. Consequentemente, diversos procedimentos computacionais vem sendo desenvolvidos com o intuito de fornecer ao médico informações acerca das propriedades elásticas do tecido. Entretanto, uma avaliação completa e objetiva dos procedimentos computacionais sobre US pode ser dificultada pelo difícil acesso a imagens com as propriedades desejadas ou pela falta de padrão-ouro para ser utilizado como referência. Portanto, nós desenvolvemos uma ferramenta capaz de criar phantoms numérico que imitam a compressão induzida por um médico através de um transdutor. A deformação do tecido é baseada em método doe elementos finitos e o deslocamento dos espalhadores é calculado usando isomorfismo linear. Depois do deslocamento dos espalhadores, Field II foi utilizado para simular o ruído Speckle. Assim, foi possível a criação de uma sequência de imagens de US com deformação realística. Este método foi implementado em Matlab e está disponível para download sem custos. A deformação do phantom foi validada através da medição de contraste de compressão em phantoms de duas camadas. Uma atenção especial foi dada a doenças cardiovasculares devido ao impacto que essas patologias causam no cenário médico do Brasil e do mundo. Nas últimas décadas, a prevalência de patologias cardiovasculares têm crescido progressivamente e se tornou uma séria questão de saúde pública. Elas estão entre as maiores causas de mortes, internações e gastos com saúde. Na prática intervencionista, o ultrassom intravascular (IVUS) é utilizado para obter informações do vaso sanguíneo e de eventuais patologias. Portanto, foi desenvolvida também uma simulação numérica de phantoms de IVUS. A simulação do vaso sanguíneo também se baseou em método dos elementos finitos e isomorfismo linear. Contudo, uma simulação confiável de IVUS deve considerar o caminho do cateter no interior do vaso sanguíneo, porque isto determina a posição do transdutor. Portanto, nós desenvolvemos um novo método, baseado em equilíbrio de forças, para determinar a posição de menor energia do cateter. O método foi validado através da comparação da posição estimada com a posição de um fio-guia de aço real e apresentou erro quadrático médio e média Hausdorff menor que 1 mm para ambos. Foram utilizados dois métodos diferentes para rastrear e estimar a deformação de determinadas estruturas no tecido: Optical Flow e 2D Block Matching. Foi aplicado uma implementação inovadora de 2D Block Matching com interpolação sub-pixel linear e propagação de deslocamento. Posteriormente, a validação será feita comparando-se a o movimento estimado com o padrão-ouro numérico utilizado para construir a simulação. O 2D block matching forneceu resultados melhores que o optical flow. Após a análise em phantoms numéricos, equipamento real de ultrassom foi utilizado para aquisição de imagens modo-B de phantoms físicos. Então, nós realizamos a estimativa do movimento das estruturas para analisar as propriedades morfológicas e dinâmicas do tecidos. Os resultados obtidos foram comparados com a elastografia fornecida pelo equipamento. Em acordo com os resultados obtidos na simulação numérica, o 2D block matching novamente apresentou resultados melhores que o optical flow. Finalmente, os dois métodos de rastreamento foi aplicada em imagens simuladas de IVUS, que foram divididas em 2 conjuntos de quadros. O primeiro conjunto, S1, continha todos os quadros da sequência de IVUS e o segundo conjunto, S2, continha apenas os quadros correspondentes a uma fase específica do ciclo cardíaco. Sendo assim, foi analisado o balanço entre o impacto do movimento cardíaco e a taxa de quadros. Para os pontos localizados nas bordas dos objetos, Optical flow teve um bom desempenho para ambos S1 e S2. Em regiões homogêneas, entretanto, o optical flow foi capaz de rastrear os pontos em S2, sugerindo que é melhor o trabalho com movimento cardíaco reduzido em detrimento da taxa de quadros, tal qual a aquisição de IVUS engatilhado por ECG. Já o 2D block matching apresentou um mau rastreamento para todos os pontos selecionados. Além da simulação da aquisição de ultrassonografia com deformação e do rastreamento de estruturas, também desenvolvemos uma nova técnica de filtragem capaz de remover a textura speckle sem borrar as bordas. A técnica proposta apresentou os melhores resultados quando comparados com outros nove filtros da literatura. Foi desenvolvida também uma nova métrica que utiliza o ruído speckle da própria imagem para fornecer um parâmetro que pode ajudar o usuário a decidir o tamanho da janelo de um filtro. / Ultrasonography (US) is used by physicians to help on diagnosis and interventions. It provides tomographic views of inner organs such as pancreas, aorta, inferior vena cava, liver, gall bladder, bile ducts, kidneys and spleen. The physician may utilize US to perform only a visual assessment or may also compress the tissue to analyze its dynamics, since lesion elasticity may be related to dangerousness. Consequently, several computational procedures have been developed in order to provide information about the elastic properties of the tissue. However, a thorough and objective evaluation of US computational procedures may be hindered by the difficult access to US images with the desired features and the lack of gold-standard parameters. Therefore, we developed a tool that is able to create numeric phantom that mimics the compression induced by physician with the transducer. The tissue deformation was based on finite elements method and the displacement of the scatterers were calculated using linear isomorphism. After the scatterer displacement, Field II was used to simulate the speckle noise. Thus, it is possible to create a sequence of US images with realistic deformation. This technique was implemented in Matlab and is available for free download. The phantom deformation was validated by measuring the strain contrast from double-layered phantoms. Special attention was given to cardiovascular diseases due to their impact on Brazilian and world populations. During the last decades, the prevalence of cardiovascular pathologies has increased progressively, and has become a serious public health problem. They are among the major causes of death, hospitalizations and health expenses. In interventionist practice, intravascular ultrasound (IVUS) is used to obtain information about blood vessels and eventual pathologies. Therefore, we also created numeric IVUS phantoms. The simulation of the blood vessel was also based in finite elements method with linear isomorphism. However, a reliable IVUS simulation must consider the catheter path inside the blood vessel, because it determines the position of the transducer. Hence, we developed a new method, based on equilibrium of forces, to determine the minimum energy position of the catheter. The method was validated by comparing its position with the position of a real stainless steel IVUS guidewire and presented root mean squared error and Hausdorff mean smaller than 1 mm for both. We used two different techniques to track and estimate deformation of different structures in the simulated US images, namely, Optical Flow and 2D Block Matching. We applied an innovative implementation of 2D block matching with sub-pixel linear interpolation and displacement propagation. Then, the estimated deformation from both methods were compared with the numeric gold-standard, and 2D block matching presented better results than optical flow. After the work with numeric phantoms, real US equipment was utilized to acquire B-mode images from a physical phantom. Then, we performed the movement estimation of the imaged tissue to analyze its morphological and dynamic properties. The results were compared to the elastography images provided by the US equipment. In accordance with the results from the numeric simulation, 2D block matching presented better results than Optical flow. Finally, we performed the two speckle tracking on a set of numerically simulated IVUS images, where the images were divided into two sets of frames. The first set, S1, contained all the frames from the IVUS sequence and the second set, S2, contained only the frames corresponding to a specific phase of the cardiac cycle. Thus, we analyzed the trade-off between the impact of the cardiac motion and low frame rate. For the points located at the edges of the object, optical flow had a good performance for both S1 and S2. In homogenous regions, however, optical flow was able to track the points only in S2, suggesting that it is better to work with low frame rate and reduced cardiac motion, as in EKG-triggered IVUS acquisition. 2D block matching presented poor results in all points of both S1 and S2. Besides the simulation of ultrasound acquisition with deformation and structure tracking, in this work, we also developed a new filtering technique that is able to remove the speckle texture without blurring the edges. The proposed filter presented the best results when compared to other nine filters from the literature. We also developed a metric that uses the speckle texture of the image to provide a parameter that may help the user decide the size of the window of the filter.

Neste trabalho apresentar-se-á um método para a determinação de modelos simplificados de fontes equivalentes de campos elétricos e magnéticos aplicáveis à análise de compatibilidade eletromagnética de sistemas embarcados. Esses modelos são obtidos a partir de medições laboratoriais, com técnicas de cálculos analíticos, numéricos e híbridos. Destacam-se, o fato da utilização do método de medição através de antenas de grandes loops (ou, laços, em português), na determinação de fontes equivalentes de emissão radiada e a aplicação destas na avaliação dos campos eletromagnéticos radiados. A contribuição deste trabalho é a obtenção dessas fontes equivalentes de emissão radiada, que possibilitam a avaliação da contribuição dos campos elétricos e magnéticos em ambientes eletromagnéticos. E também contribui com a aplicação de uma metodologia para a obtenção dos campos elétricos a partir dos campos magnéticos previamente determinados. Em particular, este trabalho pode ser considerado como decorrente da evolução da Dissertação de Mestrado [1]. / It will be shown in this work a method for simplified models determination of equivalent sources for electric and magnetic fields, applicable to embedded systems electromagnetic compatibility analysis. These models are obtained by laboratory tests with analytical calculation techniques associated to numerical and hybrid calculations. This work highlights the application of measurement method by Large Loop Antennas (LLAs) for the creation of radiated emission equivalent sources and the application of a corresponding method for obtaining radiated electromagnetic fields. The contribution of this work is the acquisition of these equivalent sources of radiated emission, which allows the evaluation of the magnetic and electric field contribution in electromagnetic environments. And it also contributes with the application of a methodology to obtain the electric fields from previously determined magnetic fields. In special, this work may be considered as an evolution of the Master\'s Thesis [1]

Na sociedade atual as estruturas de linhas de transmissão são consideradas componentes essenciais do sistema de infraestrutura urbana. Sua função é a de transmitir a eletricidade gerada nas fontes de produção até o consumidor através de uma rede de distribuição. Este tipo de estruturas por sua extensão, exposição e variações topográficas, se mostram vulneráveis ao carregamento dinâmico de ventos originados a partir tormentas elétricas, tais como downbursts e tornados. No Brasil tem-se observado nos últimos tempos um aumento de acidentes neste tipo de estrutura, principalmente devido à incidência de fortes ventos. No presente trabalho estuda-se o comportamento dinâmico de um trecho de linha de transmissão da empresa Eletrobrás FURNAS quando submetido à ação de ventos provenientes de downburst. Na pesquisa foram identificados os principais modelos analíticos disponíveis na literatura que oferecem o campo de velocidades horizontais e verticais médias e a componente flutuante. Com base e alguns dos modelos identificados na revisão bibliográfica, implementou-se um programa computacional capaz de simular todas as componentes do campo de velocidades de um downburst em movimento. A partir do programa implementado foi realizado um estudo paramétrico onde identificou-se a combinação de variáveis do evento que provoca a maior energia cinética armazenada. Finalmente é apresentada uma revisão estrutural dos montantes da torre central da linha modelada, através da análise da relação demanda/capacidade na altura da coluna. Dos resultados obtidos, pode-se concluir que a combinação de variáveis que provoca os resultados de forças internas mais críticos varia em relação a cada componente da linha considerado. O estudo de sensibilidade das variáveis envolvidas nos modelos implementados revelou que existe um incremento monotônico crescente da energia cinética armazenada com o aumento dos parâmetros e para a maioria dos casos, exceto quando =500 . Da flutuação e sua influência no comportamento dinâmico na linha analisada, conclui-se que a consideração das flutuações na resposta dinâmica dos cabos condutores e para-raios pode ser desprezada, fato que foi comprovado através dos valores obtidos na inclinação das linhas de tendência realizadas. / Transmission Lines (TL) are considered one of the essential components of the urban infrastructure. Their role is to transmit electricity from sources of production to the distribution system and then to consumers. This type of structure for its length, exposure and topographical variations, show themselves vulnerable to dynamic loading winds originated from electrical storms such as tornadoes and downbursts. In Brazil, it has been observed recently, an increase in the accidents of this type of structure, primarily due to incidence of strong winds. In the present research, is analyzed the dynamic behavior of a transmission line system of Eletrobras Furnas Company when subjected to downburst. In the investigation, the main analytical models available in the literature that offer the wind field of horizontal and vertical speeds and the fluctuating component were identified. Based on some of the models identified in the literature review, was implemented a computer program capable of simulating all components of the velocity of a moving downburst. Based on the implemented program was conducted a parametric study in order to identify the combination of variables that causes the greatest kinetic stored energy. Finally is presented a structural review of the columns of the central tower of the system, by examining the demand/capacity relationship. Regarding to the parametric study, it was found that the combination of variables which causes the most critical internal forces varies for each component of the line considered. The sensibility study of the variables involved the models used in this study revealed that there is a growing monotonic increase in the stored energy with the accretion of and 1.parameters for most of the cases, except when 0=500 . Analyses conducted using the fluctuations in the mean wind field reveal that the resonant response of the conductor and ground wire cables can be neglected, a fact that was confirmed by the values obtained from the slope of the trend lines held.

[pt] A geologia sedimentar trata do estudo dos processos físicos, químicos e biológicos atuantes na superfície da Terra não só no presente como também ao longo de toda a sua evolução. Em função disso, ela pode ser aplicada em diversos campos, como, por exemplo, no estudo da formação de combustíveis fósseis. Um dos focos principais da geologia sedimentar reside em determinar os parâmetros e processos pelos quais as bacias sedimentares são preenchidas. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um simulador numérico de sedimentação tridimensional, chamado de STENO, com ênfase nos processos deposicionais em ambientes de plataforma, talude e bacia. O algoritmo do simulador é baseado nos conceitos quantitativos formulados pela Estratigrafia de Seqüências, como mecanismos de controle primário da arquitetura dos estratos sedimentares, e em uma análise numérica para simulação do fluxo bidimensional de um fluido incompressível, em regime permanente, não viscoso, em função da batimetria da região a ser modelada através de um grid regular definido pelo usuário. O campo de velocidades, calculado a partir das velocidades de aporte de sedimentos e das velocidades de corrente, é utilizado para determinar a direção de escoamento dos sedimentos (linhas de correntes). A abordagem dada pelo algoritmo do STENO é inovadora em termos dos algoritmos existentes, pois considera que os sedimentos são transportados hidrodinamicamente, isto é, na direção x e y eles são transportados seguindo as linhas de corrente e na direção z a movimentação/deposição dos sedimentos é controlada pelo ângulo de estabilidade de cada fração litológica (areia, silte ou argila) e pelo volume do espaço disponível para acomodação em cada uma das colunas formadas a partir das células do modelo discretizado. / [en] Sedimentary Geology deals with the study of the physical, chemical and biological processes operating in the surface of the Earth, not only in the present days, but also along all History. Therefore, it can be applied in miscellaneous fields, as, for example, in the study of fossils fuels formation. One of the main focus of sedimentary geology inhabits in determining the parameters and processes for which the sedimentary basins are filled. In this work the development of a numerical simulator of sedimentation 3D, called STENO is presented, with emphasises the depositary processes in platform, slope, and basin environments. The algorithm of the simulator is based on the formulated quantitative concepts for Sequence Stratigraphy, as mechanisms of primary control of the architecture of sedimentary stratus, and in a numerical analysis for simulation of the 2D steady-state flow of a incompressible fluid, not viscous, in function of the bathymetry of the region represented by one regular grid defined by the user. The velocity field calculated from boundary conditions (sediment aport velocity and for field stream velocity) it is used to determine the direction of draining of the sediments (streamlines). The algorithm of STENO is innovative because it considers that the sediments are carried hydrodynamicsly, that is, in direction x and y they are carried following streamlines and in direction z. The movement/deposition of sediments is controlled by an angle of stability of each lithology fraction (sand, silte or clay) and by the volume of the available space for accommodation in each one of the columns formed in the cells of the discretized model.

Um novo método numérico, para o cálculo da performance térmica de trocadores de calor com fluxos cruzados é apresentado. Dados referentes a efetividade - número de unidades de transferência (\'épsilon\' - NUT) para vários arranjos de escoamento, padronizados e complexos, foram obtidos usando esta metodologia. Os resultados foram validados através da comparação dos resultados com soluções analíticas conhecidas, para trocadores de calor de fluxos cruzados com um ou múltiplos passes, possuindo de uma até várias fileiras de tubos, e com soluções aproximadas utilizando séries infinitas, para trocadores com ambos os fluidos não misturados. Todos os resultados obtidos apresentaram erros muito pequenos, em relação às soluções analíticas e aproximadas. Dados para efetividade, para arranjos complexos de escoamento são apresentados. / A new numerical methodology for thermal performance calculation in cross-flow heat exchangers is developed. Data related to effectiveness - number of transfer units (\'épsilon\' - NTU) for several standard and complex flow arrangements are obtained using this methodology. The results are validated through comparison with analytical solutions for one or more pass cross-flow heat exchangers with one to four rows and with approximate series solution for an unmixed-unmixed heat exchanger, obtaining in all cases very small errors. New effectiveness data for some complex configurations are provided.

A falha devido à ocorrência de fadiga térmica de materiais utilizados como ferramentas para trabalho a quente é identificada durante serviço e ocorre devido ao acúmulo de dano localizado. O aço AISI H13 é comumente utilizado em ferramentas para a conformação a quente devido à sua boa tenacidade à fratura e resistência ao desgaste, e considerável resistência à perda de dureza a quente. Este trabalho teve como motivação estudar a relação entre a microestrutura do aço H13 e os carregamentos térmicos e mecânicos, que possam levar à falha de ferramentas para forjamento a quente. Para este estudo, fez-se uso de meios computacionais (simulação numérica) aliados aos conhecimentos de caracterização microestrutural e do comportamento mecânico dos materiais. Nesta abordagem, elabora-se uma malha na microestrutura do referido aço no software OOF2®, do NIST, e as análises são feitas a partir da aplicação do método dos elementos finitos com o emprego do software Abaqus®. Com isso, torna-se possível examinar o efeito de aspectos microestruturais, como a influência dos precipitados, na ocorrência de tensões e de deformações na microestrutura de forma a obter um mapeamento de regiões críticas ao dano e à falha na ferramenta de forjar a quente. Os estudos são baseados e comparados com trabalhos já publicados, e simulam carregamentos e variações de temperatura no material em questão de modo a verificar as condições que favorecem a nucleação de trincas por fadiga térmica. Como principais conclusões e contribuições obtidas da análise realizada, podem ser destacadas: (i-) as regiões críticas que vêm a propiciar a nucleação de trincas térmicas são os precipitados e as interfaces; (ii-) no campo de tensões, a propriedade das fases que exerce a maior influência é o módulo de elasticidade; (iii-) os diferentes coeficientes de expansão térmica das fases geram deformações térmicas mais elevadas e tensões compressivas nas interfaces; (iv-) as deformações térmicas nos precipitados são superiores às da matriz devido à influência no campo de tensões; (v-) em termos de tensões térmicas, o momento do ciclo térmico mais crítico para a matriz é o resfriamento; e (vi-) ao passo que, nos precipitados, a etapa mais crítica é o aquecimento. / Failure due to thermal fatigue can occur in hot working tool materials and its onset takes place in the regions where the highest stress and strain are reached. AISI H13 steel is often used as a hot working tool since it has good toughness and wear resistance, and also a sensible resistance to loss of hot hardness. This study was carried out by means of finite element method (FEM) combined with microstructural characterization and mechanical behavior of materials analysis. According to this approach, H13 steel microstructure, in which carbides could be observed, was meshed by means of OOF2® (NIST). Moreover, the ABAQUS® commercial FEM software was used to simulate thermal and mechanical loading applied in the tool throughout mechanical processing. The conducted analysis allowed to observe the effect of precipitates on stress-strain distribution at different temperatures and loads. Hence, critical regions, in which damage could be favored as well failure onset in the microstructure of the hot forging tool, are displayed. The investigation was based on and compared to literature results and it showed that it can be possible to design the microstructure of hot forging materials, in which an improvement in the thermal fatigue resistance could be improved. The main remarks and conclusions of this work are as follows: (i-) precipitates and interfaces are preferential regions to nucleation and growth of cracks, and they seem to work as stress concentrators; (ii-) modulus of elasticity of phases has the strongest influence in the stress fields of the microstructure; (iii-) the mismatch between thermal expansion coefficients of the phases leads to compressive stresses on interfaces and also the highest thermal strain; (iv-) thermal strains are higher on the precipitates than on the steel matrix; (v-) elastic-plastic properties of steel matrix influenced on thermal cycles. In addition, cooling is the most critical condition of thermal stresses by analyzing each thermal cycle in this phase; and (vi-) whereas the precipitates have elastic behavior, and the most critical step is the heating, in which the maximum temperature of the cycle is reached.