[pt] Neste trabalho o método dos elementos finitos é empregado para analisar a estabilidade de taludes em solo solapados por voçorocas. Muitos dos deslizamentos de solo que ocorrem em taludes e encostas têm sido causados pelo fenômeno de voçorocas, o resultado de um processo de erosão de solos muito complexo. Uma breve revisão sobre a formação e o crescimento de voçorocas, bem como sobre os seus efeitos na estabilidade de taludes em solo, é feita neste trabalho. Exemplos ilustrativos da aplicação desta técnica para alguns casos de taludes e encostas erodidos por voçorocas são apresentados, incluindo-se duas análises numéricas da estabilidade de encostas situadas na cidade de Goiânia - GO. Dificuldades numéricas devido à baixa taxa de convergência da solução nas proximidades do colapso do talude são também discutidas. / [en] In this work the finite element method is employed to analyze the stability of soil slopes undermined by voçorocas (gulling). Many of the shear slides occurred in both natural slopes and embankments have been caused by the phenomenon of voçorocas, the outcome of a very complex soil erosion mechanism. A brief review about the formation and growing of voçorocas, as well as an overview of their effects on soil slope stability, are made in this work. In the numerical simulation by the finite element method, the potential slip surface is identified through the progressive formation of a region of yielded soil as the erosion process advances. A simple model, consisting of incremental excavations of soil near the foot of the slope, is used in this work to represent the undermining mechanism. Illustrative examples of this technique are presented for some cases of natural soil slopes eroded by voçorocas in the city of Goiania - GO. Numerical difficulties due to the poor convergence of the solution near the soil collapse are also discussed.

[pt] Compressores de gás de grande porte são componentes fundamentais em plantas industriais de refino de petróleo, atuando principalmente como agentes fornecedores de energia mecânica aos processos químicos. Dentre os tipos de compressores, destacam-se os alternativos. Devido a exigências de processo químico e arranjo industrial, é comum a instalação desses equipamentos em estruturas aporticadas, fato que, associado às características do movimento de suas partes mecânicas, não raramente as cargas dinâmicas geradas provocam vibrações inadmissíveis. Neste trabalho é avaliado o comportamento dinâmico de um sistema formado por uma estrutura aporticada, por compressor alternativo, pela fundação em estacas e finalmente pelo próprio solo. O estudo paramétrico realizado se desenvolve a partir de uma análise de modelos simplificados massa-mola, de um modelo em elementos finitos e de medições de campo visando a estabelecer intervalos de valores dos parâmetros do solo local dentro dos quais se identifique as características da resposta dinâmica do sistema. São avaliados os parâmetros coeficiente de mola (km) e a constante do coeficiente de reação horizontal (nh) do solo natural típico da área abrangida pela refinaria REPAR, localizada no município de Araucária, no estado do Paraná, solo esse pertencente à formação geológica denominada Guabirotuba. A avaliação do comportamento dinâmico do sistema através dos modelos desenvolvidos é balizada por valores de medição na estrutura real de velocidades de vibração efetivas, obtidas por instrumentação. Os parâmetros do solo são obtidos por retroanálise de resultados de ensaio de campo, utilizando-se dois modelos amplamente utilizados nos escritórios de projeto: modelo proposto por Miche (1932) e modelo proposto por Hetenyi (1946). O primeiro considera que os parâmetros do solo variam com a profundidade, e o segundo os considera constante com a profundidade. Busca-se avaliar também a influência de parâmetros do solo obtidos através de ensaios de carregamento estático (ABNT NBR 12131, 2006) e obtidos através de ensaios de carregamento estático cíclico, este último se propondo a simular o efeito dinâmico sobre o solo. Finalmente, compara-se os resultados fornecidos pelos modelos simplificados e pelo modelo em elementos finitos em termos das freqüências naturais de vibração. / [en] Gas compressors are key components of industrial plants in oil refining, mainly acting as mechanical energy suppliers to chemical processes. Among the types of compressors, the reciprocating ones is highlighted. Due to mandatory demands of chemical process and industrial arrangement, it is common to install such equipment in framed structures. This condition and the typical movement of mechanical parts of the compressors generate dynamic loads which frequently causes unacceptable vibrations. The aim of the present work is to evaluate the dynamic behavior of a system consisting of a framed structure, a reciprocating compressor, foundation in piles and the soil itself. For this purpose, parametric study is developed from simplified spring-mass models, a finite element model and field measurements. The parametric study is aimed at establish ranges of local soil parameters within which the dynamic behavior of a system can be understood and measured. The parameters so-called spring stiffness (km) and the constant coefficient of horizontal reaction (nh) of natural soil which typically occurs in the area covered by the REPAR refinery, located in Araucaria, Paraná, are then evaluated. This type of natural soils belongs to the geological formation called Guabirotuba. The evaluation of the dynamic behavior of the system through the developed models is benchmarked by field measurements of effective velocity of vibration in the actual structure, obtained by instrumentation. The soil parameters are obtained by back analysis of tests results by using two models widely used in design offices: model proposed by Miche (1932) and model proposed by Hetenyi (1946). The first one takes in account the variation of the soil parameters with depth, and the second one considers soil parameters constant with depth. The aim is also to evaluate the influence of the soil parameters obtained by static and cyclic horizontal loading tests, the latter being proposed to simulate the dynamic effect on the soil. Finally, it is done comparisons of the results provided by simplified models and the finite element model in terms of natural frequencies of vibration.

No presente trabalho, desenvolve-se um programa computacional para análise de instabilidade de perfis de parede fina por meio do método dos elementos finitos (MEF), com discretização em elementos de casca. Para tal finalidade, utiliza-se uma formulação não-linear geométrica do MEF, com descrição lagrangeana total do equilíbrio, tendo posições nodais e vetores generalizados como variáveis fundamentais da formulação, possibilitando a adoção de lei constitutiva tridimensional completa. Dada a adoção de vetores generalizados ao invés de giros, surge o problema de não unicidade desses vetores nas regiões de encontro entre elementos não coplanares. Para contornar esse problema, desenvolvem-se algumas estratégias de acoplamento que são eficientes e que não comprometem o condicionamento do sistema resultante. Em seguida, introduz-se no programa uma estratégia, baseada na análise linear de instabilidade, que consiste na obtenção de autovalores e autovetores correspondendo, respectivamente, a cargas críticas e modos de instabilidade associados. É realizada uma extensão dessa estratégia para a incorporação da análise não-linear de instabilidade, possibilitando a determinação de pontos críticos ao longo da trajetória de equilíbrio de um ponto da estrutura. Desenvolve-se, também, uma interface gráfica para o programa, para a qual se implementam algoritmos para geração de malha de elementos finitos triangulares e quadrilaterais e se possibilita a aplicação de condições de contorno de forma simples. Por fim, apresentam-se exemplos para validar o código computacional desenvolvido e para explorar as potencialidades do mesmo. A partir desses exemplos, conclui-se que a estratégia proposta e a ferramenta computacional desenvolvida funcionam adequadamente, oferecendo como principal vantagem respostas em geral livres de travamento volumétrico quando comparadas aos resultados provenientes da formulação convencional do MEF, encontrados na literatura. / In the present work, a computational program is developed to perform instability analysis in thin-walled profiles employing the finite element method (FEM), using shell elements. For this purpose, a non-linear geometric formulation of FEM is adopted, with Total Lagrangean description of the equilibrium, having nodal positions and unconstrained vectors as fundamental variables of the formulation, instead of displacements and rotations, making possible the adoption of complete three-dimensional constitutive law. Given the adoption of generalized vectors instead of rotations, the problem arises of the vectors\' non-uniqueness in the regions of connection between non-coplanar shell elements. To overcome this problem, some coupling strategies are developed that are efficient and do not result in ill conditioning of the resulting system of equilibrium equations. Then, a strategy based on buckling analysis is considered in the program, which consists of obtaining eigenvalues and eigenvectors related, respectively, to critical loads and instability modes. An extension of this strategy is developed to consider the nonlinear analysis of instability, making possible to determine critical points along the equilibrium path of a point in the structure. A graphical interface is also developed for the program, for which algorithms are implemented for triangular and quadrilateral finite elements mesh generations and easy boundary conditions assignments. Finally, some examples are presented to validate the developments and to explore the potentialities of the computational tool obtained in the work. From the results, it is possible to conclude that the program works properly, offering as main advantage volumetric responses, in general, free of locking when compared to results using the conventional FEM formulation, as found in the literature.

Apesar da confiabilidade e das altas taxas de sucesso relacionadas aos tratamentos com implantes, falhas das reabilitações protéticas ainda são persistentes, especialmente o afrouxamento dos parafusos de retenção dos pilares. A aplicação de um torque, que gere uma pré-carga no mesmo, tem sido o seu principal meio de prevenção, embora não tenha sido capaz de eliminá-lo completamente. A natureza do afrouxamento é complexa, e os mecanismos responsáveis pelas falhas mecânicas dos parafusos de conexão dos sistemas de implantes não estão totalmente elucidados. Modificações nos modelos das conexões protéticas e dos parafusos de retenção vêm sendo desenvolvidas com o intuito de resolver essa intercorrência. Porém, a literatura relativa à configuração ideal destas modificações biomecânicas e seus fatores determinantes envolvidos ainda é inconclusiva. Assim, o objetivo do presente do estudo foi avaliar por meio da análise tridimensional de elementos finitos, a distribuição de tensões em dois diferentes sistemas de implantes, hexágono externo (HE) e triângulo interno (TI), com parafusos de retenção de pilares planos convencionais e parafusos modificados tipo Cone Morse, estabelecendo-se qualitativamente os mapas de tensões e quantitativamente os valores de pré-carga diante do torque e de carregamentos axiais e oblíquos pré-estabelecidos. Os resultados evidenciaram que, para todos os modelos, os carregamentos externos não exerceram influência sobre os valores das tensões de von Mises e da pré-carga, e que as tensões mais elevadas concentraram-se especificamente na haste dos parafusos. A conexão TI apresentou-se biomecanicamente mais favorável do que a conexão HE, com distribuição mais homogênea de tensões ao longo do conjunto implante/pilar/parafuso. Adicionalmente, os parafusos planos convencionais apresentaram, significativamente, menores tensões e valores de pré-carga superiores aos parafusos modificados tipo Cone Morse, portanto estes últimos revelaram-se mais susceptíveis a falhas mecânicas como o afrouxamento e/ou fratura. / Despite the reliability and high success rates related to treatment with implants, prosthetic rehabilitation failures are still persistent, especially the loosening of the screws holding the abutments. Applying a torque, which generates a preload on the screw, has been its primary means of prevention, although not being able to eliminate it completely. The nature of loosening is complex, and the mechanisms responsible for mechanical failure of the screw connecting the implant systems are not fully elucidated. Changes in designs of connections and prosthetic retaining screws have been developed in order to solve this complication. However, the literature on the optimal configuration of these changes and their biomechanical factors involved is still inconclusive. The objective of this study was to evaluate through three-dimensional finite element analysis, the stress distribution in two different implant systems, external hexagon (EH) and internal triangle (IT), with conventional plan screws and modified Morse Taper screws, establishing up qualitatively the stress maps and quantitatively the values of preload in front of the torque and of pre-established axial and oblique loads. The results showed that, for all models, the external loads exerted no influence on the values of von Mises stress and preload, and that the higher stresses have focused specifically on the spindle of the screws. The IT connection appeared biomechanically more favorable than the EH, with more homogeneous distribution of stresses throughout the whole implant/abutment/screw. Additionally, conventional screws showed significantly lower stress values and higher preload than the modified Morse Taper screws, then, this latter proved to be more susceptible to mechanical failures as loosening and/or fracture.

A análise de compósitos laminados apresenta grandes desafios, pois, diferentemente dos materiais isotrópicos homogêneos, os compósitos laminados são constituídos de materiais heterogêneos e anisotrópicos. Além disso, as distribuições de tensões interlaminares obtidas com as formulações convencionais são descontínuas e imprecisas. Sua melhoria, portanto, é imprescindível para buscar e modelar critérios de falha relacionados às estruturas formadas por compósitos laminados. Diante disso, este trabalho se concentrou no desenvolvimento e implementação computacional de um elemento finito posicional de pórtico plano laminado cuja cinemática é descrita ao longo da espessura do laminado de acordo com a teoria Layerwise. A formulação do elemento considera a não linearidade geométrica, originada pela ocorrência de grandes deslocamentos e rotações, e admite deformações moderadas, em função da lei constitutiva de Saint-Venant-Kirchhoff. O desenvolvimento deste trabalho se iniciou com uma preparação teórica sobre mecânica dos sólidos deformáveis e métodos numéricos para que fossem adquiridos os subsídios teóricos necessários ao desenvolvimento de códigos computacionais, à interpretação dos resultados e à tomada de decisões quando das análises numéricas. A formulação desenvolvida é Lagrangiana total com emprego do método dos elementos finitos baseado em posições. Inicialmente o elemento finito posicional de pórtico plano homogêneo é proposto, uma vez que sua cinemática possibilita uma expansão natural para o caso laminado. Os graus de liberdade são compostos por posições nodais e por vetores generalizados que representam o giro e a variação na altura da seção transversal. A eficiência do elemento é constatada através de análises realizadas em problemas de pórtico sujeitos a grandes deslocamentos e rotações. Os resultados obtidos apresentaram excelente concordância com soluções numéricas e analíticas disponíveis na literatura. Uma expansão natural da cinemática é empregada na formulação do elemento laminado. Os graus de liberdade do elemento são as posições nodais e as componentes de vetores generalizados associados às seções transversais de cada lâmina. Dessa forma, as lâminas têm liberdade para variação de espessura e giro independente das demais, mas com as posições compatibilizadas nas interfaces. Os resultados de análises numéricas realizadas em vários exemplos demonstram a eficiência da formulação proposta, pois as distribuições de deslocamentos e tensões ao longo da espessura do laminado apresentaram excelente concordância com as obtidas a partir de análises numéricas utilizando um elemento finito bidimensional em uma discretização bastante refinada. Os exemplos analisados contemplam problemas com seção laminada fina ou espessa. / The analysis of laminated composites presents challenges because, unlike homogeneous isotropic materials, the laminated composites are made up of heterogeneous and anisotropic materials. Moreover, the distribution of interlaminar stresses obtained with conventional formulations are discontinuous and inaccurate. His improvement is therefore essential to check and modeling failure criteria related to structures formed by laminates. Thus, this work focused on developing and computational implementation of a positional finite element of laminated plane frame whose kinematics is described throughout the thickness of the laminate according to Layerwise theory. The formulation element considers the geometric nonlinearity, caused by the occurrence of large displacements and rotations, and admits moderate deformation, in the constitutive law function of Saint-Venant-Kirchhoff. The development of this work began with a theoretical preparation on mechanics of deformable solids and numerical methods for the acquired of the theoretical support needed for the development of computational codes, interpretation of results and decision-making when of the numerical analyzes. The developed formulation is total Lagrangian with use of the finite element method based on positions. Initially the positional finite element of homogeneous plane frame is proposed, since their kinematic enables a natural expansion for the laminate case. The degrees of freedom are composed of nodal positions and generalized vectors representing the spin and the variation in the height of the cross section. The efficiency of the element is verified through analyzes performed in frame problems subject to large displacements and rotations. The results showed excellent agreement with numerical and analytical solutions available in the literature. A natural expansion of the kinematics is used in the formulation of the laminate element. The degrees of freedom of the element are the nodal positions and components of the generalized vectors associated to cross-sections of each lamina. Thus, the laminas are free for the thickness variation and for independent spin, but with the positions matched in the interfaces. The results of numerical analysis performed in various examples show the effectiveness of the proposed formulation, since the distributions of displacements and stresses through the thickness of the laminate agreed well with those obtained from numerical analysis using a discretization with two-dimensional finite elements in a very refined. The examples discussed include problems with thin or thick laminated section.

Apesar da confiabilidade e das altas taxas de sucesso relacionadas aos tratamentos com implantes, falhas das reabilitações protéticas ainda são persistentes, especialmente o afrouxamento dos parafusos de retenção dos pilares. A aplicação de um torque, que gere uma pré-carga no mesmo, tem sido o seu principal meio de prevenção, embora não tenha sido capaz de eliminá-lo completamente. A natureza do afrouxamento é complexa, e os mecanismos responsáveis pelas falhas mecânicas dos parafusos de conexão dos sistemas de implantes não estão totalmente elucidados. Modificações nos modelos das conexões protéticas e dos parafusos de retenção vêm sendo desenvolvidas com o intuito de resolver essa intercorrência. Porém, a literatura relativa à configuração ideal destas modificações biomecânicas e seus fatores determinantes envolvidos ainda é inconclusiva. Assim, o objetivo do presente do estudo foi avaliar por meio da análise tridimensional de elementos finitos, a distribuição de tensões em dois diferentes sistemas de implantes, hexágono externo (HE) e triângulo interno (TI), com parafusos de retenção de pilares planos convencionais e parafusos modificados tipo Cone Morse, estabelecendo-se qualitativamente os mapas de tensões e quantitativamente os valores de pré-carga diante do torque e de carregamentos axiais e oblíquos pré-estabelecidos. Os resultados evidenciaram que, para todos os modelos, os carregamentos externos não exerceram influência sobre os valores das tensões de von Mises e da pré-carga, e que as tensões mais elevadas concentraram-se especificamente na haste dos parafusos. A conexão TI apresentou-se biomecanicamente mais favorável do que a conexão HE, com distribuição mais homogênea de tensões ao longo do conjunto implante/pilar/parafuso. Adicionalmente, os parafusos planos convencionais apresentaram, significativamente, menores tensões e valores de pré-carga superiores aos parafusos modificados tipo Cone Morse, portanto estes últimos revelaram-se mais susceptíveis a falhas mecânicas como o afrouxamento e/ou fratura. / Despite the reliability and high success rates related to treatment with implants, prosthetic rehabilitation failures are still persistent, especially the loosening of the screws holding the abutments. Applying a torque, which generates a preload on the screw, has been its primary means of prevention, although not being able to eliminate it completely. The nature of loosening is complex, and the mechanisms responsible for mechanical failure of the screw connecting the implant systems are not fully elucidated. Changes in designs of connections and prosthetic retaining screws have been developed in order to solve this complication. However, the literature on the optimal configuration of these changes and their biomechanical factors involved is still inconclusive. The objective of this study was to evaluate through three-dimensional finite element analysis, the stress distribution in two different implant systems, external hexagon (EH) and internal triangle (IT), with conventional plan screws and modified Morse Taper screws, establishing up qualitatively the stress maps and quantitatively the values of preload in front of the torque and of pre-established axial and oblique loads. The results showed that, for all models, the external loads exerted no influence on the values of von Mises stress and preload, and that the higher stresses have focused specifically on the spindle of the screws. The IT connection appeared biomechanically more favorable than the EH, with more homogeneous distribution of stresses throughout the whole implant/abutment/screw. Additionally, conventional screws showed significantly lower stress values and higher preload than the modified Morse Taper screws, then, this latter proved to be more susceptible to mechanical failures as loosening and/or fracture.

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: 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