São apresentados os resultados da caracterização elétrica de um sensor piezoelétrico, bem como o levantamento do campo acústico por ele gerado em um chapa e posteriormente em um tubo. Os resultados em tubos foram contrastados com os de um modelo numérico onde boa concordância foi encontrada. A partir disso foram realizados estudos paramétricos para um colar de sensores avaliando-se o número de sensores distribuídos na circunferência e a distância entre colares. São apresentadas, também, as metodologias de análise de sinais provenientes de um colar a fim de aplicar no estudo numérico e coletas reais. Foi apresentado um projeto de um colar de ondas guiadas para ser aplicado em tubulação enterrada. Um teste em um trecho de tubulação de 24 metros de comprimento com dois tipos de revestimentos, PE e STOPAQ, foi realizado com dois colares propostos fabricados. Esse teste teve duração de 25 meses e contou com um sistema de aceleração de corrosão em pontos escolhidos sobre a superfície externa da tubulação. Resultados de coletas ao longo do teste são demonstrados e discutidos e os defeitos induzidos foram localizados com boa resolução espacial. / Results of the electrical characterization of a piezoelectric sensor are presented, as well as the characterization of the acoustic field generated by the sensor in a plate and later in a tube. The results in tubes were compared with those of a numerical model and good agreement was found. From this, parametric studies for a collar were performed, evaluating the number of sensors distributed in the circumference and the distance between rings. Also, the methodologies of signal processing are presented and applied to the numerical study data and test acquisitions. We present a guided wave collar design to be applied in buried piping. A test on a 24 meter long pipe with two types of coatings, PE and STOPAQ, was performed with two proposed collars manufactured. Results of inspections throughout the test are demonstrated and discussed and the defects induced were located with good spatial resolution.

Tubos de aço inoxidável duplex (AID) são utilizados na indústria petroquímica para transporte de óleo e gás em ambientes agressivos e em condições de corrosão sob tensão. O processo de soldagem destes tubos impõem grandes dificuldades, como longos períodos de soldagem e formação de intermetálicos devido a baixas taxas de resfriamento. Visando investigar alternativas para este processo, o Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) desenvolveu um equipamento (MASF 1500) capaz de realizar o processo de Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo (STAAR). Este processo é mais rápido e não prejudica as propriedades mecânicas como a soldagem convencional, porém apresenta o viés da formação de rebarbas no tubo que precisam ser removidas para transporte de fluidos. Para investigar a formação de rebarba, os campos de deformação e a distribuição térmica na peça, um modelo utilizando o método dos elementos finitos (MEF) foi desenvolvido a partir de resultados experimentais. O modelo termomecânico desenvolvido com o software ABAQUS se baseia apenas nos parâmetros de entrada do equipamento, e se mostrou capaz de reproduzir os resultados de soldagem de força e deslocamento com erros abaixo 15% e 4% respectivamente. A formação de rebarba interna dos tubos foi calculada com erros abaixo de 5% e as distribuições de temperatura e deformação plástica foram analisadas. Considerando que a formação de fases intermetálicas é um dos principais problemas na soldagem convencional dos AID, as temperaturas calculadas com o modelo foram utilizadas para estimar a formação de fase sigma no tubo, tendo valores calculados abaixo de 1%. / Duplex stainless steel pipes are used in oil and gas transport while in aggressive environment and stress corrosion cracking conditions. The common welding process of these pipes is difficult due to long welding periods and intermetallic phase formation by slow cooling rate. As an alternative for this process, the Physical Metallurgy Laboratory (LAMEF) at UFRGS University developed a machine (MASF 1500) capable of performing tube friction welding with a rotary ring process (STAAR – Soldagem de Tubos por Atrito com Anel Rotativo). This process is faster and does not diminish original mechanical properties of the component, however the process presents flash formation which must be removed for fluid transportation. To investigate flash formation, strain fields and thermal fields in the welded samples, a FEM model was developed based on experimental results. The thermo-mechanical model developed in ABAQUS environment is solely based in process input parameters, showing results of force and displacement with errors smaller than 15% and 4% respectively. The internal flash formation calculation showed less than 5% error and the thermal distribution and plastic deformation were analyzed. Considering that intermetallic phases are one of the biggest concerns on duplex stainless steel arc welds, sigma phase formation was calculated from model’s thermal output, showing less than 1% sigma formation.

O objetivo desta dissertação é desenvolver uma formulação para análise não-linear de lajes de concreto armado, através do Método dos Elementos Finitos. O modelo inclui o comportamento mecânico não-linear dos matérias. A possibilidade de ocorrerem grandes deslocamentos e a influência das condições de contorno no plano. O carregamento dever monótono crescente e de curta duração. Inicialmente é estabelecida uma formulação analítica para placas, considerando a deformação por corte e a ocorrência de deformações finitas. Na aplicação do Método dos Elementos Finitos para solução do problema é utilizado um elemento isoparamétrico quadrático, de oito nós da família Serendipity. Aplicando-se o Princípio dos Trabalhos Virtuais, chega-se a um sistema de equações de equilíbrio não-lineares. O comportamento mecânico da estrutura é avaliado através de um modelo laminar. O concreto é modelado como um material isotrópico, não-linear elástico. A fissuração é incluída através de um modelo distribuído, considerando-se a rigidez à tração do concreto entre fissuras (“tension stiffening”). A armadura é representada como uma camada de aço de espessura equivalente, que apenas resiste a esforços normais na direção das barras. O aço é idealizado como um material elástico bilinear, admitindo-se perfeita aderência entre a armadura e o concreto. Na solução do sistema de equações não-lineares é empregado o Método de Newton-Raphson modificado. Como forma de acelerar a convergência é introduzido o Método Secante-Newton. É feita a comprovação experimental do modelo, demonstrando-se a grande influência que a não-lenaridade geométrica e as condições de contorno no plano exercem sobre a resposta estática de lajes de concreto armado.

Orientador: Fellippo Ramos Verri / Banca: Aldiéris Alves Pesqueira / Banca: Pedro Yoshito Noritomi / Resumo: O objetivo desse estudo foi comparar os resultados de rigidez do ensaio mecânico de compressão axial com a rigidez da análise por elementos Finitos (FEA), gerar modelos biomecânicos que apresentem com precisão a geometria tridimensional do osso e realizar análise pelo Método dos Elementos Finitos propondo uma metodologia para a simulação computacional mecânica de estruturas ósseas de peças de fêmures e tíbias de coelhos cadáveres. Previamente ao ensaio mecânico de compressão, fez-se uma análise mecânica da estrutura óssea, reconstruindo 20 modelos a partir de tomografia computadorizada utilizando o software de processamento de imagem ScanIP. Em seguida, foi realizada a análise mecânica de rigidez da estrutura óssea simulada pelo método dos elementos finitos 3D no software Ansys. Após construção da malha de elementos finitos, ensaios mecânicos de compressão axial foram realizados nas amostras e seus resultados de rigidez foram então comparados com os resultados de rigidez do modelo biomecânico. Nessa comparação o menor desvio apresentado foi de 0,02% e o maior desvio foi de 8,68%. A diferença entre a média da rigidez extrínseca dos ensaios foi de 1,07%. A média dos resultados para a rigidez intrínseca dos modelos biomecânicos obtidas do pós processamento foi 25258,63 N⁄mm. Concluiu-se que o uso dessa metodologia nos permitiu uma validação experimental do método dos elementos finitos aplicados à biomecânica das amostras testadas. Além disso, foi possível predizer o comportament... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The aim of this study was to compare the stiffness results of the axial compression mechanical test with the FEA stiffness, to generate biomechanical models that accurately present the three- dimensional bone geometry and to perform analysis by the Finite Element Method proposing a methodology for the mechanical computational simulation of bony structures using parts of femurs and tibiae from rabbits that were healthy. Prior to mechanical compression testing, it was made a mechanical analysis of the bone structure, rebuilding 20 models from computed tomography using image processing software ScanIP. Then, it was performed mechanical analysis of stiffness of the simulated bone structure by the 3D finite element method in Ansys software. After finite element mesh construction, axial compression tests were performed on the samples and their stiffness results were compared with the stiffness results of the biomechanical model. In this comparison, the lowest deviation was 0,02% and the highest deviation was 8,68%. The difference between the mean extrinsic stiffness of the tests was 1.07%. The average of the results for the intrinsic rigidity of the biomechanical models obtained from the post-processing was 25258,63 N⁄mm. It was concluded that the use of this methodology enabled experimental validation of finite element method applied to biomechanics. Moreover, it was possible to predict the behavior of the bone because the accuracy of the analysis is better the more the biomechani... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:38:42Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2459_1.pdf: 4894377 bytes, checksum: f9930166179dcc7d175fc23810e00531 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2010 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação apresenta os resultados obtidos a partir de uma modelagem matemática e computacional via método dos elementos finitos para simular a fluência de rochas evaporíticas que são comumente encontradas nas indústrias de petróleo e mineração. Evaporitos são rochas sedimentares formadas pela precipitação de sais presentes em uma solução aquosa concentrada. Eles têm baixa permeabilidade e porosidade, sendo assim, uma rocha selante por excelência. Alguns dos depósitos de minerais evaporíticos têm grande importância econômica, sendo o mais conhecido deles a halita (cloreto de sódio). Na linearização do modelo matemático utilizamos uma integração implícita de tensões do modelo constitutivo para rochas salinas que descreve as fases de fluência transiente e estacionária, possibilitando a dedução de um modelo mais preciso e realista, principalmente a curto prazo, situação onde os modelos clássicos só quantificam a fase estacionária. Nesse sentido, foi implementado o modelo LUBBY2 (que contempla a fluência estacionária e transiente) e comparado com o modelo mecanismo duplo de deformação, de fluência estacionária, no programa de elementos finitos CODE_BRIGHT (COupled DEformation BRIne Gas and Heat Transport). Mostrou-se neste trabalho que no curto prazo as análises de deslocamentos causados pela fluência de evaporitos devem ser consideradas para evitar problemas de aprisionamento de coluna de perfuração em poços de petróleo. O êxito da simulação computacional via o método dos elementos finitos foi alcançado através da obtenção de uma matriz Jacobiana consistente. Dessa forma obteve-se uma convergência quadrática do método de Newton-Raphson para a linearização da equação de equilíbrio envolvendo modelos de fluência de rochas evaporíticas. Também foram simulados ensaios triaxiais e apresentou-se um modelo de deformação em resposta ao processo de escavação em mina de sal. As análises apresentaram resultados consistentes, possibilitando o conhecimento do comportamento de fluência das rochas salinas em situações realistas. Além disso, as análises demonstraram a viabilidade da aplicação do modelo LUBBY2 em projetos de Engenharia com a aplicação da metodologia proposta

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6169_1.pdf: 1306100 bytes, checksum: 7cbf7b7eb4620d9adbda32036a7803f8 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / A presente dissertação teve como objetivo reproduzir o comportamento de colapso por inundação de um solo colapsível do município de Petrolândia, através de uma modelagem acoplada hidro-mecânica em elementos finitos. A área utilizada como campo experimental foi uma escola agrícola que apresentou danos causados pelo colapso do solo da fundação. Souza Neto (2004) realizou nesta área uma série de ensaios de laboratório que foram estudados com a finalidade de se obter os parâmetros necessários para a simulação numérica em elementos finitos, utilizando um modelo constitutivo elastoplástico (BBM) concebido para reproduzir o comportamento de colapso dos solos não saturados. Foram analisados ensaios edométricos com sucção constante e com carregamento e descarregamento da tensão vertical (EDSC) e edométricos com a tensão vertical constante e variação da sucção (EDSV). Posteriormente, passou-se à simulação de um ensaio de campo denominado expansocolapsômetro, o qual permite medir as deformações de uma pequena placa colocada sobre o solo na profundidade desejada. Para a profundidade estudada (1,0m) foram realizados 5 destes ensaios, variando apenas a tensão de inundação para cada um deles. O programa computacional utilizado foi o CODE_BRIGHT (Olivella et al., 1996) o qual reproduziu de maneira coerente os colapsos obtidos em campo

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo6170_1.pdf: 1110483 bytes, checksum: 8862c7b10cd2770b27b0eee6e5d4c940 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Os solos argilosos quimicamente ativos, quando expostos a contaminantes químicos tais como soluções salinas, apresentam alterações no comportamento hidráulico e mecânico cujas explicações fogem aos conceitos da mecânica dos solos tradicional. Esta dissertação visa modelar a influência dos efeitos osmóticos no comportamento dos solos argilosos, buscando a compreensão dos fenômenos que os envolvem através de uma formulação matemática que acopla os comportamentos hidráulico, mecânico e geoquímico do solo. De maneira mais específica, a pesquisa tem como objetivo calibrar os parâmetros de acoplamento necessários à simulação numérica via elementos finitos. São eles: a eficiência osmótica (ω), a constante cinética (β) e o termo de razão entre o coeficiente geoquímico de variação volumétrica e o coeficiente mecânico de variação volumétrica (ζ). Os ensaios realizados por Santamarina & Fam (1995) e Fam & Santamarina (1996) foram utilizados como base de referência para a validação do modelo proposto. Diversos cenários com distintos níveis de acoplamento entre os fenômenos foram testados no simulador a fim de se alcançar a reprodução satisfatória dos resultados experimentais. O código de elementos finitos usado foi o CODE_BRIGHT, desenvolvido por Olivella et al. (1995) e complementado por Guimarães (2002). Os resultados da simulação indicaram que o modelo proposto reproduziu de maneira bastante coerente os problemas analisados, com um bom ajuste entre as curvas teóricas e experimentais. Verificou-se a sensibilidade das respostas do problema à variação dos parâmetros de acoplamento. O modelo foi capaz de identificar claramente os dois tipos de adensamento químico (adensamento osmótico e o adensamento osmoticamente induzido) ocorrendo simultaneamente num mesmo ensaio

Submitted by Hiskell Francine Fernandes e Oliveira null (hiskell@hotmail.com) on 2017-03-21T20:36:23Z No. of bitstreams: 1 Hiskell Francine Fernandes e Oliveira_Final (1).pdf: 1563425 bytes, checksum: 0d9f4fbe344020b3396b55903e91e829 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-22T19:09:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 oliveira_hff_me_araca.pdf: 1563425 bytes, checksum: 0d9f4fbe344020b3396b55903e91e829 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-22T19:09:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 oliveira_hff_me_araca.pdf: 1563425 bytes, checksum: 0d9f4fbe344020b3396b55903e91e829 (MD5) Previous issue date: 2017-03-08 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este trabalho teve como objetivo analisar a distribuição das tensões em próteses unitárias implantossuportadas de cone morse, em região de maxila anterior, variando o tipo de ancoragem óssea em colocação convencional, bicorticalizado e bicorticalizado com levantamento de assoalho nasal, com diferentes comprimentos do implante, sendo eles de 8,5, 10 e 11,5mm e diâmetro de 4,0 mm, através do método dos elementos finitos tridimensionais. Foram simulados 3 modelos tridimensionais maxilares da região anterior envolvendo o elemento 11, com auxílio de programas de criação de modelos a partir de tomografias, o InVesalius (CTI, São Paulo, Brasil) e programas de desenho assistido, o Rhinoceros 3D 4.0 (NURBS Modeling for Windows, USA) e o SolidWorks 2011 (SolidWorks Corp, USA). Os modelos dos blocos ósseos foram reconstruídos a partir da tomografia computadorizada, com a presença de um implante nas dimensões citadas acima, com coroa livres de metal em zircônia e cimentadas. Os modelos 3D foram exportados para o programa de elementos finitos FEMAP v.11 (Siemens Product Lifecycle Management Software Inc.USA) para discretização dos modelos, geração da malha de elementos finitos e análise posterior a processamento no programa NEiNastran 11 (Noran Engineering, Inc., USA). Foram aplicadas cargas de 178N, em ângulo de 0o, 30o e 60o, considerando-se o longo eixo do implante como referência. Os resultados foram visualizados por meio de mapas de deslocamento, tensão de von Mises, tensão Máxima Principal e microdeformação. Diante da análise de todos os mapas de tensões, os modelos bicorticais foram os que se mostraram com melhores distribuições de tensões e deformações, tanto no implante, quanto na cortical óssea onde foram travados os implantes. Os modelos simulando a técnica de levantamento de assoalho, se mostraram  semelhante ao bicortical, sendo a técnica convencional a que mostrou distribuição inferior quando comparado aos demais. Dentro das limitações deste estudo, podemos concluir que: o carregamento oblíquo gera maior estresse e deformação tanto para o implante quanto para o tecido ósseo; a técnica de implantação bicortical (associada ou não a levantamento nasal) foi mais favorável para distribuição de tensões e deformações, principalmente no tecido ósseo. / The aim of this study was to analyze the distribution of tensions in morse tapper implants supporting single crowns in the anterior region of maxilla, varying the type of bone anchorage in conventional, bicorticalized and bicorticalized placement with nasal floor elevation, and different lengths of implants (8.5, 10 and 11.5mm) with 4.0 mm of diameter, using the 3D finite element analyses. Three 3-dimensional maxillary models of the anterior region including element #11 were simulated using software InVesalius for CT Scan recomposition (CTI, São Paulo, Brazil) and CAD-software Rhinoceros 3D 4.0 (NURBS Modeling For Windows, USA) and SolidWorks 2011 (SolidWorks Corp, USA). The bone block models were reconstructed from the computed tomography, with the presence of an implant in the dimensions mentioned above, with cemented zirconium metal free crowns. The 3D models were exported to the FEMAP v.11 finite element software (Siemens Product Lifecycle Management Software Inc.) for models discretizadion, mesh generation and post-processing analysis after processing progress in the NEiNastran 11 program (Noran Engineering, Inc ., USA). Loads of 178N were applied at angle of 0º, 30º and 60º, considering the implant long axis as reference. The results were visualized by means of displacement maps, von Mises maps, Max Principal maps and microstrain. Analyzing all stress maps, the bicortical models were the ones that showed with better stress and strain distributions, both in the implant as to the cortical bone where the implants were locked. The models simulating the technique of nasal floor elevation were similar to the bicortical one, being the conventional technique the one that showed more unfavorable stress distribution. Within this study limitation it was possible to conclude that: oblique loading showed better stress and strain distribution for the implant and bone tissue; bicortical techniques (associated or not with nasal floor elevation) were more favorable to stress and strain distribution, mainly for bone tissue. / CNPq: 130312/2015-0

Este trabalho apresenta um modelo computacional para análise tridimensional de peças de concreto armado, utilizando o método dos elementos finitos. São utilizados modelos constitutivos elasto-viscoplásticos para representar o comportamento dos materiais, quando submetidos a cargas de curta ou longa duração. Se a estrutura está submetida a cargas de curta duração, o modelo desenvolvido fornece, quando alcançado o estado estável, a solução do problema elastoplástico. Em contrapartida, se a estrutura está submetida a cargas de longa duração, o modelo pode representar o comportamento viscoelástico com envelhecimento do concreto. Foi utilizado um modelo de camadas superpostas para assegurar uma representação adequada do comportamento real do concreto ao longo do tempo. Deste modo, admite-se que o concreto é constituído por um número conveniente de camadas, que apresentam a mesma deformação. Para a fissuração do concreto, utilizou-se um modelo de fissuras distribuídas, que leva em consideração a contribuição do concreto entre fissuras O objetivo deste estudo é a modelagem da armadura e do reforço nas peças de concreto armado, através de um modelo de aderência entre o concreto e o material adjacente. A armadura é introduzida no modelo como uma linha de material mais rígido dentro do elemento de concreto. E, a consideração da degradação da aderência é realizada através de um modelo onde os efeitos da aderência imperfeita são incluídos pela introdução de graus de liberdade para os deslocamentos relativos entre os materiais. Os resultados obtidos com este programa computacional são comparados com valores experimentais disponíveis na literatura, visando validar o modelo matemático e a metodologia numérica.

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um programa computacional, elaborado através do método dos elementos finitos, para análise tridimensional de situações de punção em lajes de concreto armado com e sem armadura de cisalhamento. São utilizados modelos constitutivos elasto-viscoplásticos para representar o comportamento do concreto. Para a simulação do concreto submetido a um carregamento de longa duração, empregou-se o modelo de camadas superpostas. Este modelo admite que o concreto é constituído por um número conveniente de camadas com a mesma deformação, porém características materiais diferentes. A tensão total é obtida pela soma das contribuições de cada camada. A armadura é introduzida no modelo como uma linha de material mais rígido no interior do elemento de concreto. Considera-se aderência perfeita entre o concreto e o aço. Assim, os deslocamentos ao longo das barras de aço são determinados a partir dos deslocamentos nodais dos elementos de concreto. Desta forma, a matriz de rigidez da armadura tem a mesma dimensão da matriz de rigidez do elemento de concreto, as quais são somadas para a obtenção da matriz de rigidez total Para representar o comportamento após à fissuração do concreto, é utilizado o modelo de fissuras distribuídas, onde apenas as propriedades dos materiais são modificadas e a malha de elementos finitos não necessita de atualização. Sugerem-se duas formulações para a consideração da contribuição do concreto entre fissuras e da redução na capacidade de transferência de corte devido ao aumento da abertura da fissura. Este último é incluído através de uma simplificação, que consiste em atribuir ao módulo de elasticidade transversal, correspondente ao plano fissurado, um valor reduzido. Para comprovar a validade do programa computacional desenvolvido, comparam-se os resultados numéricos com valores experimentais de ensaios realizados por Coelho (1999), Trautwein (2001) e Fusco (1988). Obtiveram-se boas aproximações para lajes com e sem armadura de cisalhamento. Desta forma, o programa computacional desenvolvido pode ser empregado para generalizar resultados experimentais em lajes cogumelo com variação na resistência do concreto, na bitola das barras de armadura, no espaçamento entre as barras e no número de camadas de armadura de cisalhamento.