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"Avaliação da força de tração da sela modificada para prótese" / Evaluation of traction force in modified saddle for prosthesis.

Costa, Edna Goncalves da 11 August 2005 (has links)
Do planejamento à execução da prótese mucosa-dento-suportada, a literatura apresenta trabalhos que aponta m as dificuldades do desempenho de uma prótese que se relaciona com tecidos de comportamentos distintos, dente e fibromucosa. Estes trabalhos abordam os problemas biomecânicos e os prejuízos que sofrem o osso e os dentes, sob pressão, durante a mastigação, bem como as dificuldades de distribuição das cargas sobre os tecidos bucais no movimento ocluso-gengival. Porém, essa prótese também sofre forças de tração, por diversas situações clínicas, as quais levam a sela a se deslocar da fibromucosa num movimento gêngivo-oclusal. O objeto desta pesquisa foi desenvolver e testar, em laboratório, um método que possibilitasse à prótese mucosa-dento-suportada dispor de maior retenção na região da fibromucosa, reduzindo o movimento gêngivo-oclusal, e conferindo maior estabilidade à prótese e conforto ao paciente. Para realizar o experimento , foi construída uma base acrílica modificada, correspondente à sela da prótese, com uma canaleta na região que contata a fibromucosa. Esta canaleta foi preenchida com reembasador macio para prótese, à base de silicone. Em seguida, a base foi reembasada no modelo resiliente, especialmente construído para simular a fibromucosa. Uma haste metálica foi fixada em suas extremidades, sendo uma à base acrílica, e a outra extremidade fixada ao mandril do equipamento utilizado para o tracionamento (Versa-Test). Estando a base posicionada sobre o modelo, foram realizados os movimentos de pressão e de tração. A avaliação dos testes foi realizada na base acrílica convencional (sem canaleta) e na base acrílica modificada, cujos valores foram registrados em newton. As bases acrílicas sobre os modelos eram imersas em óleo vegetal, devido ao necessário meio viscoso, com tensão superficial, possibilitando os fenômenos de adesão. Os resultados demonstraram que, na presença de silicone, foi necessária força de tração maior e estatisticamente significante para remover a base do modelo, em relação à base sem silicone. / From the planning to the execution of the tissue-dento-supported prosthesis, the literature presents a range of works standing out the difficulties related to the prosthesis performance when facing distinctive tissues, tooth and fibromucous. These works approach the biomechanical problems and the damages suffered by osseous tissues and teeth under pressure, during the mastication, as well as the difficulties of distribution of the loads on oral tissues in the oclusal-gengival movements. However, this prosthesis also suffers traction forces, in several clinical situations, leading the saddle to move of the fibromucous in a gengival-occlusal movement. The aim of this research was to develop and to test, in a laboratory, a method to improve the tissue-dento-supported prosthesis retention in the fibromucous area reducing the gengival-occlusal movement and allowing a larger stability to the prosthesis and comfort to the patient. In order to accomplish the experiment, a modified acrylic base was confectioned, corresponding to the saddle of the prosthesis and constituted by a small channel in the fibromucous contact area. This channel was filled out with soft reliner for prosthesis, silicon composed. Afterwards, the base was rebased in the resilient model, especially confectioned to simulate the fibromucous. A metallic stem was fixed in two extremities, being one to the acrylic base, and other extremity fixed to the equipment arbor used for the traction (Versa-Test). With the base positioned on the model, the pressure movements and traction were accomplished. The evaluation of the tests was accomplished in the conventional acrylic base (without channel) and in the modified acrylic base, whose values were registered in Newton. The acrylic bases on the models were immersed in the vegetable oil, due to the necessary viscous condition, with superficial tension, making possible the adhesion phenomena. The results demonstrated that in the presence of silicon was necessary a larger and statistically significant traction force to remove the base of the model in relation to the base without silicon.
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Biochemical Dechlorination of Hexachloro-1,3-butadiene

D.James@murdoch.edu.au, Donny Lawrence James January 2010 (has links)
Hexachloro-1,3-butadiene (HCBD) is a toxic aliphatic chlorinated hydrocarbon which is widely used as a fungicide, herbicide and heat transformer fluid. HCBD is resistant to microbial degradation and, therefore, persists in aquatic and soil environments worldwide. In this thesis, the ability of non-specific bacteria from various sources to dechlorinate HCBD in the presence of either acetate or lactate (as an electron donor) and cyanocobalamin (as an electron shuttle) under different conditions was investigated. Cultivating specific populations to reduce cyanocobalamin as a method to increase HCBD dechlorination rate was investigated. Also, the factors responsible for HCBD dechlorination and the stalling of dechlorination were studied. Lastly, redox potential measurement during the microbial reductive dechlorination of HCBD for online detection of ongoing dechlorination was evaluated. Findings from the Project „« Non-specific bacteria from activated sludge, anaerobic digested effluent from municipal waste, piggery waste and sheep rumen content are able to dechlorinate HCBD in the presence of cyanocobalamin to chlorine-free C4 gases in a biochemical reaction. „« Dechlorination was equated to the formation of completely dechlorinated end-products from HCBD dechlorination. „« Methanogens were found to be involved in HCBD dechlorination. „« Mediators rather than specific bacteria were responsible for the fast dechlorination rates. Results suggest that activated sludge may release synthesized mediators into the supernatant to enable enhanced HCBD dechlorination. „« HCBD dechlorination can be monitored using oxidation reduction potential (ORP). ORP has an effect on HCBD dechlorination rate. Scientific Significance/Novelty The most significant finding from this research is that it demonstrates chlorine-free end-products in contrast with other studies in literature (Booker and Pavlosthasis, 2000; Bosma et al., 1994) where dechlorination was equated with disappearance of HCBD into bacterial biomass and the detection of partially dechlorinated gases such as trichlorobutadiene. It also shows that, in contrast to literature where specific bacteria (i.e., pure strains/cultures) were commonly used for the dechlorination of polychlorinated hydrocarbons, results from this thesis show that non-specific bacteria were able to dechlorinate HCBD in the presence of cyanocobalamin at ratesƒx sufficiently high to be considered for bioremediation projects. Moreover, results demonstrate that ORP can be used to monitor HCBD dechlorination.
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"Avaliação da força de tração da sela modificada para prótese" / Evaluation of traction force in modified saddle for prosthesis.

Edna Goncalves da Costa 11 August 2005 (has links)
Do planejamento à execução da prótese mucosa-dento-suportada, a literatura apresenta trabalhos que aponta m as dificuldades do desempenho de uma prótese que se relaciona com tecidos de comportamentos distintos, dente e fibromucosa. Estes trabalhos abordam os problemas biomecânicos e os prejuízos que sofrem o osso e os dentes, sob pressão, durante a mastigação, bem como as dificuldades de distribuição das cargas sobre os tecidos bucais no movimento ocluso-gengival. Porém, essa prótese também sofre forças de tração, por diversas situações clínicas, as quais levam a sela a se deslocar da fibromucosa num movimento gêngivo-oclusal. O objeto desta pesquisa foi desenvolver e testar, em laboratório, um método que possibilitasse à prótese mucosa-dento-suportada dispor de maior retenção na região da fibromucosa, reduzindo o movimento gêngivo-oclusal, e conferindo maior estabilidade à prótese e conforto ao paciente. Para realizar o experimento , foi construída uma base acrílica modificada, correspondente à sela da prótese, com uma canaleta na região que contata a fibromucosa. Esta canaleta foi preenchida com reembasador macio para prótese, à base de silicone. Em seguida, a base foi reembasada no modelo resiliente, especialmente construído para simular a fibromucosa. Uma haste metálica foi fixada em suas extremidades, sendo uma à base acrílica, e a outra extremidade fixada ao mandril do equipamento utilizado para o tracionamento (Versa-Test). Estando a base posicionada sobre o modelo, foram realizados os movimentos de pressão e de tração. A avaliação dos testes foi realizada na base acrílica convencional (sem canaleta) e na base acrílica modificada, cujos valores foram registrados em newton. As bases acrílicas sobre os modelos eram imersas em óleo vegetal, devido ao necessário meio viscoso, com tensão superficial, possibilitando os fenômenos de adesão. Os resultados demonstraram que, na presença de silicone, foi necessária força de tração maior e estatisticamente significante para remover a base do modelo, em relação à base sem silicone. / From the planning to the execution of the tissue-dento-supported prosthesis, the literature presents a range of works standing out the difficulties related to the prosthesis performance when facing distinctive tissues, tooth and fibromucous. These works approach the biomechanical problems and the damages suffered by osseous tissues and teeth under pressure, during the mastication, as well as the difficulties of distribution of the loads on oral tissues in the oclusal-gengival movements. However, this prosthesis also suffers traction forces, in several clinical situations, leading the saddle to move of the fibromucous in a gengival-occlusal movement. The aim of this research was to develop and to test, in a laboratory, a method to improve the tissue-dento-supported prosthesis retention in the fibromucous area reducing the gengival-occlusal movement and allowing a larger stability to the prosthesis and comfort to the patient. In order to accomplish the experiment, a modified acrylic base was confectioned, corresponding to the saddle of the prosthesis and constituted by a small channel in the fibromucous contact area. This channel was filled out with soft reliner for prosthesis, silicon composed. Afterwards, the base was rebased in the resilient model, especially confectioned to simulate the fibromucous. A metallic stem was fixed in two extremities, being one to the acrylic base, and other extremity fixed to the equipment arbor used for the traction (Versa-Test). With the base positioned on the model, the pressure movements and traction were accomplished. The evaluation of the tests was accomplished in the conventional acrylic base (without channel) and in the modified acrylic base, whose values were registered in Newton. The acrylic bases on the models were immersed in the vegetable oil, due to the necessary viscous condition, with superficial tension, making possible the adhesion phenomena. The results demonstrated that in the presence of silicon was necessary a larger and statistically significant traction force to remove the base of the model in relation to the base without silicon.
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Vibração induzida por vórtices em cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto e diferentes condições de geometria na extremidade imersa. / Vortex-induced vibration effects on floating cylinders with low aspect of ratio and differents free end conditions.

Gambarine, Dênnis Maluf 29 November 2016 (has links)
O crescimento da exploração do petróleo e gás em águas ultraprofundas fez com que a demanda por unidades flutuantes crescesse e, com isso, aumentasse a ocorrência do fenômeno de Movimentos Induzidos por Vórtices (ou VIM, de Vortex-Induced Motions) que age em plataformas com casco cilíndrico, como é o caso das monocolunas e spars. Efeito natural desse aumento nas ocorrências foi um maior interesse pelo fenômeno de VIM, simplificadamente investigado em cilindros lisos e curtos como os utilizados nesta pesquisa. A fim de contribuir com o conhecimento dos fundamentos fluido-dinâmicos nesta área, foram investigados quatro diferentes cilindros flutuantes de baixa razão de aspecto, todos caracterizados pelo valor típico de L/D = 2 (comprimento imerso por diâmetro, onde L= 250 mm e D= 125 mm), mas com diferentes condições de arredondamento da extremidade imersa, estas caracterizadas por quatro razões distintas entre o raio de adoçamento e o raio do cilindro, especificamente r/R= 0,00; 0,25; 0,50 e 1,00. Com este objetivo de observar a resposta dos cilindros curtos sob efeito dos vórtices gerados em diferentes formatos de extremidade imersa, experimentos foram realizados no tanque de provas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de S~ao Paulo (IPT), compreendendo velocidades de reboque entre 0,024 a 0,154 m/s, ou seja, uma faixa de números de Reynolds entre 3.300 e 19.200. Os resultados de amplitude adimensional de resposta observados na direção transversal mostram influência moderada das modificações na extremidade imersa, ligeiramente mais acentuadas no modelo com razão de arredondamento de r/R=0,25, sendo que para este caso, as amplitudes máximas ficaram abaixo daquelas exibidas pelos demais modelos, com uma tendência geral de queda para as velocidades de reboque mais altas. A variação da geometria da extremidade imersa também influenciou moderadamente os resultados de amplitude adimensional de resposta na direção longitudinal, onde o modelo com r/R=1,00 apresentou menores amplitudes nas velocidades mais altas. Por outro lado, a razão entre as frequências de resposta e as frequências naturais de referência mostraram comportamentos típicos, semelhantes aos encontrados em análises de VIV de cilindros longos montados em suportes elásticos com dois graus de liberdade. Além disso, a observação dos movimentos dos modelos no plano da superfície livre não indicaram mudanças significativas nas trajetórias em função do arredondamento da extremidade livre. No tocante aos coeficientes de força (arrasto e sustentação), as comparações entre os modelos foram semelhantes, mas os coeficientes para o cilindro sem chanfro (r/R=0) mostraram-se maiores para grande parte das velocidades ensaiadas. Para o modelo com r/R=1,00, as força (arrasto e sustentação não se mostraram com a mesma intensidade do que aquelas nos demais modelos, o que, desta forma, se refletiu nos menores valores de coeficiente encontrados. Sob uma ótica geral, os resultados levam a crer que o modelo fluido responsável pelas oscilações nos cilindros com L/D = 2 não tem relação com a existência de vórtices de ponta e aresta, mas com a emissão de vórtices em forma de arco. / The oil and gas exploration in deep and ultra-deep water has increased in the past years, and at the same time, increasing the oating vessel demand, thereby the vortex-induced motion phenomenon (VIM) has been present for cylindrical hull structures, for example, spar and monocolumns oating units. The impact of this, enhance the VIM phenomenon interest with simplify investigations on smooth cylinders, as was used in the present research. In order to expand the knowledge, experiments were made in four floating cylinders with low aspect of ratio, L/D = 2 (Length / Diameter) were tested with different free end corner shape types, namely by the relation between chamfer rounding radius (r) divided by the radius of cylinder (R) (r/R = 0.0, 0.25, 0.5 and 1.0). For the initial case, r/R =0.0 represents at tip and r/R = 1.0 the semi-hemispherical tip. The aims were to understand the effect of different free-end types on VIV behaviour of cylinders. The oating circular cylinders, i.e. unit mass ratio m* = 1(structural mass/displaced uid mass), were elastically supported by a set of linear springs to provide low structural damping on the system and allow six degrees of freedom. The aim is to understand the effects of the free end vortex in the cylinder movements, varying the free end shape. The experiments were carried out in a towing tank of IPT - Institute for Technological Research of the state of São Paulo, Brazil. The range of velocities tested is 0.024 to 0.154 m/s , and Reynolds number covered 3;300 <= Re <= 19;200. The nondimensional amplitudes results for transversal direction, show a moderated effect when the free end shape has changed, more significant in the r/R=0.25 case, where the maximum amplitudes present lower values compare with the others cylinders. For in-line nondimensional amplitudes, model with r/R= 1.00 shown lower values for high velocities. On the other hand, the frequencies ratios between in-line/transverse and natural sistem frequency, presented typical VIV response for long cylinders with two degree of freedom. In addition, the trajectory observations in the XY plane have not illustrated differences for cylinders with rounded edges. Force coeffcients outcome (drag and lift), the no-rounded edge case (r/R=0.0), presented higher coeffcients for the large proportion velocities. Furthermore, the model with a semi-spherical shape in the free end (r/R=1.00), demonstrated the both force coeffcients have not acted with the same severity as was observed for the others cylinders, and thus, the r/R=1.00 models has presented lowest values. In general, the present results suggest the answer for oscillation on L/D=2 models is caused by arc-type vortex shedding, not by the free end vortex effects.
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Vibração induzida por vórtices em cilindros flutuantes com baixa razão de aspecto e diferentes condições de geometria na extremidade imersa. / Vortex-induced vibration effects on floating cylinders with low aspect of ratio and differents free end conditions.

Dênnis Maluf Gambarine 29 November 2016 (has links)
O crescimento da exploração do petróleo e gás em águas ultraprofundas fez com que a demanda por unidades flutuantes crescesse e, com isso, aumentasse a ocorrência do fenômeno de Movimentos Induzidos por Vórtices (ou VIM, de Vortex-Induced Motions) que age em plataformas com casco cilíndrico, como é o caso das monocolunas e spars. Efeito natural desse aumento nas ocorrências foi um maior interesse pelo fenômeno de VIM, simplificadamente investigado em cilindros lisos e curtos como os utilizados nesta pesquisa. A fim de contribuir com o conhecimento dos fundamentos fluido-dinâmicos nesta área, foram investigados quatro diferentes cilindros flutuantes de baixa razão de aspecto, todos caracterizados pelo valor típico de L/D = 2 (comprimento imerso por diâmetro, onde L= 250 mm e D= 125 mm), mas com diferentes condições de arredondamento da extremidade imersa, estas caracterizadas por quatro razões distintas entre o raio de adoçamento e o raio do cilindro, especificamente r/R= 0,00; 0,25; 0,50 e 1,00. Com este objetivo de observar a resposta dos cilindros curtos sob efeito dos vórtices gerados em diferentes formatos de extremidade imersa, experimentos foram realizados no tanque de provas do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de S~ao Paulo (IPT), compreendendo velocidades de reboque entre 0,024 a 0,154 m/s, ou seja, uma faixa de números de Reynolds entre 3.300 e 19.200. Os resultados de amplitude adimensional de resposta observados na direção transversal mostram influência moderada das modificações na extremidade imersa, ligeiramente mais acentuadas no modelo com razão de arredondamento de r/R=0,25, sendo que para este caso, as amplitudes máximas ficaram abaixo daquelas exibidas pelos demais modelos, com uma tendência geral de queda para as velocidades de reboque mais altas. A variação da geometria da extremidade imersa também influenciou moderadamente os resultados de amplitude adimensional de resposta na direção longitudinal, onde o modelo com r/R=1,00 apresentou menores amplitudes nas velocidades mais altas. Por outro lado, a razão entre as frequências de resposta e as frequências naturais de referência mostraram comportamentos típicos, semelhantes aos encontrados em análises de VIV de cilindros longos montados em suportes elásticos com dois graus de liberdade. Além disso, a observação dos movimentos dos modelos no plano da superfície livre não indicaram mudanças significativas nas trajetórias em função do arredondamento da extremidade livre. No tocante aos coeficientes de força (arrasto e sustentação), as comparações entre os modelos foram semelhantes, mas os coeficientes para o cilindro sem chanfro (r/R=0) mostraram-se maiores para grande parte das velocidades ensaiadas. Para o modelo com r/R=1,00, as força (arrasto e sustentação não se mostraram com a mesma intensidade do que aquelas nos demais modelos, o que, desta forma, se refletiu nos menores valores de coeficiente encontrados. Sob uma ótica geral, os resultados levam a crer que o modelo fluido responsável pelas oscilações nos cilindros com L/D = 2 não tem relação com a existência de vórtices de ponta e aresta, mas com a emissão de vórtices em forma de arco. / The oil and gas exploration in deep and ultra-deep water has increased in the past years, and at the same time, increasing the oating vessel demand, thereby the vortex-induced motion phenomenon (VIM) has been present for cylindrical hull structures, for example, spar and monocolumns oating units. The impact of this, enhance the VIM phenomenon interest with simplify investigations on smooth cylinders, as was used in the present research. In order to expand the knowledge, experiments were made in four floating cylinders with low aspect of ratio, L/D = 2 (Length / Diameter) were tested with different free end corner shape types, namely by the relation between chamfer rounding radius (r) divided by the radius of cylinder (R) (r/R = 0.0, 0.25, 0.5 and 1.0). For the initial case, r/R =0.0 represents at tip and r/R = 1.0 the semi-hemispherical tip. The aims were to understand the effect of different free-end types on VIV behaviour of cylinders. The oating circular cylinders, i.e. unit mass ratio m* = 1(structural mass/displaced uid mass), were elastically supported by a set of linear springs to provide low structural damping on the system and allow six degrees of freedom. The aim is to understand the effects of the free end vortex in the cylinder movements, varying the free end shape. The experiments were carried out in a towing tank of IPT - Institute for Technological Research of the state of São Paulo, Brazil. The range of velocities tested is 0.024 to 0.154 m/s , and Reynolds number covered 3;300 <= Re <= 19;200. The nondimensional amplitudes results for transversal direction, show a moderated effect when the free end shape has changed, more significant in the r/R=0.25 case, where the maximum amplitudes present lower values compare with the others cylinders. For in-line nondimensional amplitudes, model with r/R= 1.00 shown lower values for high velocities. On the other hand, the frequencies ratios between in-line/transverse and natural sistem frequency, presented typical VIV response for long cylinders with two degree of freedom. In addition, the trajectory observations in the XY plane have not illustrated differences for cylinders with rounded edges. Force coeffcients outcome (drag and lift), the no-rounded edge case (r/R=0.0), presented higher coeffcients for the large proportion velocities. Furthermore, the model with a semi-spherical shape in the free end (r/R=1.00), demonstrated the both force coeffcients have not acted with the same severity as was observed for the others cylinders, and thus, the r/R=1.00 models has presented lowest values. In general, the present results suggest the answer for oscillation on L/D=2 models is caused by arc-type vortex shedding, not by the free end vortex effects.
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Vibrações induzidas pela emissão de vórtices em cilindros com baixa razão de aspecto. / Vortex-induced vibrations of cylinders with very low aspect ratio.

Gonçalves, Rodolfo Trentin 21 November 2013 (has links)
O aumento das ocorrências de VIM em plataformas flutuantes do tipo \"spar\" e monocoluna serviu de motivação para a investigação dos fundamentos do fenômeno de VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Tal investigação também foi motivada pela necessidade de se preencher lacunas de conhecimento a respeito deste assunto, articularmente por conta da escassa disponibilidade de resultados acerca do VIV em cilindros curtos, bem como pela ausência de modelo fluido que justifique os comportamentos dinâmicos conhecidos. Para o entendimento pretendido, três grupos de experimentos com cilindros dotados de razão de aspecto na faixa 0,1 <= L/D <= 2,0 foram realizados em um canal de água circulante na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, sendo: o primeiro grupo focado nos cilindros curtos estacionários; o segundo nos cilindros curtos de baixa razão de massa, 1,00 <= m* <= 4,36, e dois graus de liberdade; e o grupo final interessado no VIV em cilindros flutuantes, ou seja, razão de massa unitária e seis graus de liberdade. De uma maneira geral, a partir dos resultados aqui obtidos e das comparações com os resultados respectivamente encontrados na literatura, conclui-se que o VIV em cilindros curtos somente acontece se L/D > 0,2. Além de original, a determinação deste valor crítico também identificou outras três regiões com comportamentos fluido-dinâmicos distintos, cada qual marcada por especificidades quanto aos impactos nas amplitudes, frequências e coeficientes de força. Assim sendo, para cilindros com L/D > 2,0 a esteira de von Kármán foi a principal responsável pelas forças sustentação; fato não identificado para os cilindros com 0,5 < L/D < 2,0, onde esta mesma esteira sofreu forte contaminação das estruturas partindo da extremidade livre, principalmente aquelas com vorticidade predominante no plano vertical. Para os cilindros na faixa de 0,2 < L/D <= 0,5, apenas estas últimas estruturas foram responsáveis pelas oscilações de VIV. Finalmente, buscando compreender a origem das forças oscilatórias em cilindros com baixíssima razão de aspecto, \"end-plates\" foram aplicadas e confirmaram que o fenômeno de VIV nestes casos está relacionado à liberação de vórtices junto à extremidade livre, o que indica uma solução interessante para a mitigação do VIM de plataformas. / The increase of VIM occurrences on spar and monocolumn platforms was the motivation to study the vortex-induced vibrations of cylinders with low aspect ratio and small mass ratio under a fundamental perspective. The present work was also motivated by the small number of works in the literature dealing with VIV of cylinders with low aspect ratio, as well as by the scarce concerns about the flow models around this cylinders, which justify the dynamic behaviors observed. Aiming to better understand this problem, three groups of experiments with cylinders of 0.1 <= L/D <= 2.0 were carried out in a recirculating water channel at Escola Politécnica of University of São Paulo, as follow: firstly, the flow around stationary cylinders; secondly, VIV of cylinders with two degrees-of-freedom and 1.00 <= m* <= 4.36. finally, VIV of floating cylinder, thus six degrees-of-freedom. The works concluded that VIV occurs only for cylinders with L/D > 0.2. Besides of being original, this result was also related to the observation of three regions of aspect ratio, each of them with different behaviors of the motion amplitudes, frequency ratios and force coefficients. For cylinders with L/D > 2.0, the von Kármán wake was the mainly responsible for the oscillatory lift forces. On the other hand, the von Kármán wake was contaminated by the effects coming from the free end of cylinders with 0.5 < L/D < 2.0, mainly by the vortex structures with vorticity in the vertical plane. And for cylinders with 0.2 < L/D <=0.5, the vortex structures at the free end were predominant, thus the only one responsible for the oscillatory lift forces. Finally, in order to understand the source for oscillatory lift forces on cylinders with very low aspect ratio, end-plates were applied and confirmed that VIV in these cases is related to the vortex-shedding around the free end, which indicates an interesting solution for VIM mitigation of platforms.
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Vibrações induzidas pela emissão de vórtices em cilindros com baixa razão de aspecto. / Vortex-induced vibrations of cylinders with very low aspect ratio.

Rodolfo Trentin Gonçalves 21 November 2013 (has links)
O aumento das ocorrências de VIM em plataformas flutuantes do tipo \"spar\" e monocoluna serviu de motivação para a investigação dos fundamentos do fenômeno de VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Tal investigação também foi motivada pela necessidade de se preencher lacunas de conhecimento a respeito deste assunto, articularmente por conta da escassa disponibilidade de resultados acerca do VIV em cilindros curtos, bem como pela ausência de modelo fluido que justifique os comportamentos dinâmicos conhecidos. Para o entendimento pretendido, três grupos de experimentos com cilindros dotados de razão de aspecto na faixa 0,1 <= L/D <= 2,0 foram realizados em um canal de água circulante na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, sendo: o primeiro grupo focado nos cilindros curtos estacionários; o segundo nos cilindros curtos de baixa razão de massa, 1,00 <= m* <= 4,36, e dois graus de liberdade; e o grupo final interessado no VIV em cilindros flutuantes, ou seja, razão de massa unitária e seis graus de liberdade. De uma maneira geral, a partir dos resultados aqui obtidos e das comparações com os resultados respectivamente encontrados na literatura, conclui-se que o VIV em cilindros curtos somente acontece se L/D > 0,2. Além de original, a determinação deste valor crítico também identificou outras três regiões com comportamentos fluido-dinâmicos distintos, cada qual marcada por especificidades quanto aos impactos nas amplitudes, frequências e coeficientes de força. Assim sendo, para cilindros com L/D > 2,0 a esteira de von Kármán foi a principal responsável pelas forças sustentação; fato não identificado para os cilindros com 0,5 < L/D < 2,0, onde esta mesma esteira sofreu forte contaminação das estruturas partindo da extremidade livre, principalmente aquelas com vorticidade predominante no plano vertical. Para os cilindros na faixa de 0,2 < L/D <= 0,5, apenas estas últimas estruturas foram responsáveis pelas oscilações de VIV. Finalmente, buscando compreender a origem das forças oscilatórias em cilindros com baixíssima razão de aspecto, \"end-plates\" foram aplicadas e confirmaram que o fenômeno de VIV nestes casos está relacionado à liberação de vórtices junto à extremidade livre, o que indica uma solução interessante para a mitigação do VIM de plataformas. / The increase of VIM occurrences on spar and monocolumn platforms was the motivation to study the vortex-induced vibrations of cylinders with low aspect ratio and small mass ratio under a fundamental perspective. The present work was also motivated by the small number of works in the literature dealing with VIV of cylinders with low aspect ratio, as well as by the scarce concerns about the flow models around this cylinders, which justify the dynamic behaviors observed. Aiming to better understand this problem, three groups of experiments with cylinders of 0.1 <= L/D <= 2.0 were carried out in a recirculating water channel at Escola Politécnica of University of São Paulo, as follow: firstly, the flow around stationary cylinders; secondly, VIV of cylinders with two degrees-of-freedom and 1.00 <= m* <= 4.36. finally, VIV of floating cylinder, thus six degrees-of-freedom. The works concluded that VIV occurs only for cylinders with L/D > 0.2. Besides of being original, this result was also related to the observation of three regions of aspect ratio, each of them with different behaviors of the motion amplitudes, frequency ratios and force coefficients. For cylinders with L/D > 2.0, the von Kármán wake was the mainly responsible for the oscillatory lift forces. On the other hand, the von Kármán wake was contaminated by the effects coming from the free end of cylinders with 0.5 < L/D < 2.0, mainly by the vortex structures with vorticity in the vertical plane. And for cylinders with 0.2 < L/D <=0.5, the vortex structures at the free end were predominant, thus the only one responsible for the oscillatory lift forces. Finally, in order to understand the source for oscillatory lift forces on cylinders with very low aspect ratio, end-plates were applied and confirmed that VIV in these cases is related to the vortex-shedding around the free end, which indicates an interesting solution for VIM mitigation of platforms.

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