Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 292560.pdf: 8869260 bytes, checksum: 119e3987b4e602d2a0ca1e47c42b6231 (MD5) / O objetivo deste trabalho é propor um modelo matemático e um sistema computacional, baseado no método dos elementos finitos, capaz de auxiliar a atividade de análise estrutural de componentes de plástico submetidos à falha dúctil. Basicamente, este sistema computacional será composto por um modelo elasto-viscoplástico acoplado ao dano, a fim de ser possível descrever a evolução das deformações inelásticas e os processos degradativos que conduzirão à falha e, assim, auxiliar no dimensionamento de componentes. O referido modelo foi desenvolvido sob as teorias propostas por Lemaitre [1], Fremond e Nedjar [2] e sob as abordagens da termodinâmica dos meios contínuos e do método do estado local, onde foram introduzidos os conceitos de potenciais termodinâmicos e de variáveis de estado. Ao se utilizar estas abordagens, assegura-se que os modelos produzirão resultados termodinamicamente consistentes. A fim de certificar o modelo proposto e validar o sistema numérico, realizou-se um ensaio uniaxial, em que o corpo de provas foi deformado até a sua fratura. Os dados obtidos do referido ensaio e de outros ensaios complementares foram utilizados na identificação das propriedades e constantes materiais, que definem o modelo proposto. Os procedimentos experimentais foram realizados no Departamento de Fibras e Tecnologia de Polímeros do Instituto Real de Tecnologia (KTH), em Estocolmo, Suécia. / The objective of this work is to propose a mathematical model and a numerical scheme, based on the finite element method, to be used to analyze mechanical components manufactured with plastic material, subjected to monotonic loading conditions that undergo a ductile failure. Basically, this numerical scheme will be composed by an elasto-viscoplastic model coupled with a non-local damage theory, in order to describe the evolution of the inelastic strains and the damaging processes of the material, which will consequently lead to the failure of the component. The cited model has been developed by means of the theories proposed by Lemaitre [1], Fremond and Nedjar [2], among others, and makes use of the method of local state variables and is derived within the scope of the consistent thermodynamics of the continuum medium. The main advantage of using these approaches is the confidence they give that the models can not produce thermodynamically unreasonable results. In order to attest the proposed model and to validate the numerical scheme, one considers an experimental uniaxial test, in which the specimen is deformed up to its ductile fracture. The data obtained from the given experimental uniaxial test and from other complementary experimental tests is then employed for the identification of the material properties and parameters, which define the proposed damage model. The experimental procedures have been performed at the Fibre and Polymer Technology Department of the Royal Institute of Technology (KTH), in Stockholm, Sweden.

Dissertação (mestrado) Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico, 1991 / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:01:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 84772.pdf: 1678643 bytes, checksum: 4a7a70d26265942f0e725ecd9a41ad03 (MD5) Previous issue date: 1992 / Neste trabalho é desenvolvido um elemento finito de casca adequado ao estudo de problemas não lineares envolvendo grandes rotações e deslocamentos. Foi escolhido um elemento finito isoparamétrico biquadrático de 9 nós baseado na interpolação do campo de deslocamentos. A excessiva rigidez à flexão inerente a este elemento é eliminada pela subintegração das matrizes de rigidez e os modos espúrios de energia zero daí decorrentes são estabilizados pela introdução de um operador matemático especialmente construído. A formulação desenvolvida é bastante versátil, mostrando-se adequada também ao estudo de casos lineares de placas, tiras e vigas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T17:26:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 88957.pdf: 2454634 bytes, checksum: ea827a5a3e32be691cc4b5443b84d9d9 (MD5) Previous issue date: 1992 / Um elemento isoparamétrico de casca fina com nove nós é utilizado para a solução de problemas com não-linearidade geométrica e material elasto-plástico. É usada uma formulação lagrangeana atualizada para a obtenção das equações de equilíbrio. Para a relação constitutiva do material, foi escolhida a lei de Prandtl-Reuss associada ao critério de escoamento de von-Mises e lei de encruamento isotrópico. Foram analisados diversos problemas de placas e cascas para verificar a validade e o desempenho do elemento implementado. os resultados foram satifatórios.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:19:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 102547.pdf: 4289554 bytes, checksum: f019f6c5178f538556e402701c61b5a5 (MD5) Previous issue date: 1996 / A qualidade de processamento na moldagem, que é o que determina a qualidade de muitos materiais poliméricos, é definida na etapa de reação. Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para otimizar o controle de um reator de polimerização que opera em batelada, para com isso definir, previamente, a qualidade do polímero a ser produzido. A metodologia desenvolvida está baseada na determinação das condições ótimas de operação do reator. Para isso utiliza-se um modelo matemático do sistema associado a um algoritmo de otimização. A qualidade do polímero que se deseja produzir são definidas na escolha apropriada da função objetivo do programa de otimização. Testes experimentais realizados em uma unidade piloto de produção de poliestireno mostraram que com esta metodologia consegue-se obter o produto definido previamente. Nos testes realizados utilizou-se, para implementar a lei de controle otimizada, um controlador adaptativo, tipo STC (Self Tuning Controller), implementado via microcomputador. Funções objetivo que levam em consideração os principais parâmetros que definem a qualidade do produto permitiram otimizar todo ciclo de operação de um reator de polimerização em batelada.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T20:25:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 106533.pdf: 2456418 bytes, checksum: 9f6326b71083b480c4f6c302f4e56545 (MD5) Previous issue date: 1996 / Desenvolvimento de uma metodologia para a análise numérica do comportamento dinâmico de válvulas tipo palheta, utilizando um modelo de um grau de liberdade e resolvendo, de forma acoplada e pelo método dos volumes finitos, o escoamento laminar, compressível, adiabático e em regime transiente periódico em difusores radiais concêntricos. Teve-se como motivação o aprimoramento de modelos matemáticos que visam o conhecimento dos fenômenos físicos envolvidos no funcionamento de compressores de refrigeração.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnologico / Made available in DSpace on 2016-01-08T21:24:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 109890.pdf: 30750234 bytes, checksum: 72538802fec8fddf843ae79320a93938 (MD5) Previous issue date: 1997 / A presente tese, intitulada QUALIDADE PARA O ENSINO DE MATEMÁTICA NA ENGENHARIA: UMA PROPOSTA CURRICULAR E METODOLOGICA, faz uma análise sobre Gestão da Qualidade, Modelagem Matemática, História do Ensino de Matemática nas Engenharias do Brasil, Currículo vigente e propõe um plano para implantação e gerenciamento de qualidade para o ensino em geral e Cursos de Engenharia além de método de ensino aprendizagem e programa alternativo de matemática para um Curso de Engenharia. A área de Gestão da Qualidade mostrou que o ponto básico para atingir melhoria, em todos os setores, em especial no Ensino, é a definição de objetivos e planos para atingir os resultados desejados. Uma análise sobre a história do ensino da matemática na Engenharia no Brasil permitiu compreender onde e, a partir de que momento, se encontram a fragilidade e a descontinuidade dos programas de matemática, as causas que contribuíram para a deficiência da formação profissional e as conseqüências da implantação das Faculdades de Filosofia, na década de 30 e da Reforma Universitária, em 1968. Por outro lado, uma pesquisa sobre o currículo vigente indica que a questão curricular é pequena frente ao ensino praticado. A prática de Ensino utilizada nos Cursos de Engenharia, notadamente, de matemática tem se revelado desajustada e inadequada. A Modelagem Matemática mostra ser um processo utilizado há séculos, em toda ciência em geral e na área de Engenharia, em particular. Essa constatação aliada à experiência docente utilizando-se da Modelagem Matemática no ensino permitiu propor, implantar e avaliar métodos de ensino, de aprendizagem, de gerenciamento de um curso e de reestruturação do programa de matemática no intuito de oferecer condições para que se promova um ensino-aprendizagem de matemática, que além das teoria e prática, forneça ao futuro engenheiro habilidade de discernimento, discussão sobre aspectos da área, enfim, autonomia profissional crítica. A teoria da Gestão de Qualidade mostrou que a Modelagem e Modelação Matemáticas são ferramentas eficientes na formação de Engenheiros integrando seu aprendizado e suas necessidades profissionais, uma vez que apresentam vantagens para experiência intelectual dos futuros engenheiros e dos professores, valorizando enormemente a relação ensino aprendizagem, num contexto de mudanças aceleradas.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:13:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314774.pdf: 6374323 bytes, checksum: 9a7fb1926def92730b3a0dac69d84c8e (MD5) / As indústrias petroquímicas são responsáveis pela geração de grandes quantidades de efluentes líquidos com um elevado potencial de poluição, pois apresentam compostos tóxicos como o benzeno, tolueno e xilenos, conhecidos por BTX. Estes contaminantes, mesmo em baixas concentrações, representam um sério risco ao meio ambiente e ao ser humano, devido às suas propriedades neurotóxicas, carcinogênicas e teratogênicas, sendo de extrema necessidade sua remoção dos efluentes. Com a atual preocupação com a economia de água e as leis para descarte de efluentes industriais cada vez mais rigorosas, tem-se a necessidade de melhorias nos sistemas de tratamento destes efluentes. Considerando estes aspectos, estudos estão sendo realizados para desenvolver unidades de tratamentos de efluentes que apresentam um bom desempenho na remoção de compostos tóxicos. Inúmeras pesquisas indicam a degradação biológica como sendo o principal mecanismo para a minimização das características tóxicas dos poluentes. Neste trabalho estudou-se o processo de biodegradação dos compostos BTX individuais e em mistura, para o processo batelada e contínuo, utilizando-se biofilmes suportados em partículas de carvão ativado. Os resultados obtidos demonstram que o biofilme é capaz de biodegradar completamente os compostos BTX individualmente e em misturas binárias e ternárias, no processo em batelada e em contínuo. Através de procedimentos experimentais, em batelada, determinou-se os parâmetros cinéticos e estequiométricos do modelo de Andrews e Monod para a biodegradação individual dos compostos BTX, e para a biodegradação da mistura BTX, utilizou-se os modelos de inibição competitiva, acompetitiva e não competitiva, bem como o modelo soma cinética dos parâmetros de interação (sun kinetic interactions parameters - SKIP). A biodegradação individual dos compostos BTX foi adequadamente representada pelos modelos de Andrews e Monod. O modelo SKIP proporcionou a melhor representação da cinética de biodegradação da mistura BTX e em alguns casos para a mistura binária, possibilitando mostrar a existência de interações não específicas entre estes substratos. Durante a biodegradação sugere-se, em alguns casos, a presença do fenômeno de cometabolismo e para algumas situações o fenômeno inibição competitiva. Para o processo contínuo avaliou-se a eficiência na remoção dos compostos BTX para diferentes concentrações e vazões de entrada, e verificou-se que o biofilme está apto a biodegradar estes compostos, eliminando sua toxicidade. Os resultados obtidos através da análise de sequenciamento de DNA, mostraram que as bactérias predominantes no biofilme são do gênero Pseudomonas sp., o que é coerente para esses sistemas. Neste trabalho é desenvolvido um modelo matemática completo capaz de descrever o processo de biodegradação de compostos tóxicos, em um biorreator com biofilmes em leito fixo. Este modelo é baseado nas leis de conservação da massa e da espécie química, onde se utiliza o Método da Média no Volume. O modelo é desenvolvido para a microescala, que é formada pelo biofilme; e para a macroescala, que é formada pelas biopartículas (que traz informações da microescala) e para o efluente. O Modelo matemático final é constituído por duas equações, uma para a fase sólida (biopartículas = biofilme + suporte) e outra para a fase líquida (efluente). Estas duas equações são resolvidas simultaneamente pelo Método de Volumes Finitos, possibilitando a predição da biodegradação de compostos indesejáveis. Os resultados numéricos da biodegradação são comparados com resultados experimentais para três casos distintos, sendo obtida uma excelente concordância em todos os problemas estudados, possibilitando desta forma corroborar o modelo matemático e o algoritmo numérico desenvolvido.<br> / Abstract : The petrochemical industries are responsible for the generation of a large quantity of liquids that have a high potential of pollution, since they have toxic compounds such as benzene, toluene and xylenes, known by BTX. These contaminants, even at low concentrations, are extremely dangerous to the environment as well as to humans due to their neurotoxic, carcinogenic and teratogenic properties, and need to be removed from the effluents. Due to the current concern about water conservation and the increasing strict laws for disposal of industrial effluents, there is an urgent need for improvements in the wastewater treatment systems. Considering these aspects, studies are being conducted to develop wastewater treatment units that have a good performance in the removal of toxic compounds. Several studies show the biological degradation as the main mechanism for minimizing the toxic characteristics of the pollutants. The biodegradation process of the BTX as individual compounds and mixture was studied to the batch and continuous process, using biofilms supported on activated carbon particles. The results showed that the biofilm is able to completely biodegrade BTX individually as well as in binary and ternary mixtures, in the batch and continuous processes. Through batch experimental procedures, it was determined the kinetic and the stoichiometric parameters of Andrews and Monod models for biodegradation of BTX individual compounds, and the BTX biodegradation mixture was used for the competitive, acompetitive and non-competitive inhibition models, as well as the sum of kinetic model of interaction parameters (sun kinetic parameters interactions - SKIP).. The biodegradation of individual BTX compounds was adequately represented by Monod and Andrews models. The SKIP model provided the best representation of biodegradation kinetics of BTX mixture and in some cases also to the binary mixture, allowing showing the existence of non-specific interactions between these substrates. During the biodegradation process, it was suggested in some cases, the presence of cometabolism phenomenon and in some situations, the competitive inhibition. It was evaluated to the continuous process the removal efficiency of BTX compounds at different concentrations and flowrates, and it was found that the biofilm is capable of biodegrading these compounds and eliminating its toxicity. The results obtained by the analysis of DNA sequencing showed that the predominant bacteria in biofilms is of the genus Pseudomonas sp., which is consistent for these systems. In this work it was developed a complete mathematical model able to describe the biodegradation process of toxic compounds in a bioreactor with fixed bed biofilms. This model was based on the laws of conservation of mass and chemical species, which uses the average method in volume. The model was developed for the micro, that is formed by the biofilm; and for the macroscale that is formed by bioparticles (which provides information of microscale) and to the effluent. The final mathematical model consisted of two equations, one for the solid phase (bioparticles = biofilm + support) and one for the liquid phase (effluent). These two equations were solved simultaneously by finite volume method, enabling the prediction of biodegradation of undesirable compounds. The numerical results of biodegradation were compared to experimental results for three different cases. An excellent agreement was obtained in all studied problems, allowing corroborate the mathematical model and numerical algorithm developed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2012. / Made available in DSpace on 2013-06-25T23:13:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 315061.pdf: 1662817 bytes, checksum: 3ca0925eab1ea402811d358f7d23c427 (MD5) / Esta pesquisa apresenta uma metodologia completa para a modelagem matemática de sinais de vetocardiogramas (VCG's) de individuos com diabetes ao longo de três estudos de caso: inalação de salbutamol, infusão de adrenalina e clampeamento de glicose. A abordagem propõe primeiramente a utilização de um modelo micro para compreender o comportamento individual das células ventriculares cardíacas: células do endocárdio, células M e células do epicárdio. Analisou-se o comportamento conjunto dos três tipos de células através do ECG transmural, o qual foi gerado pela soma ponderada dos potenciais de ação característicos dos três tipos células ventriculares. Além disso, procedeu-se a análise estatística das variáveis fisiológicas medidas nos pacientes durante os três estudos de caso, obtendo um novo parâmetro Latent Adrenaline Unit (LAU), que representa a razão da mudança da freqüência cardíaca com respeito à concentração do potássio extracelular, a qual é uma resposta qualitativamente descrita na literatura. A relação matemática do parâmetro LAU ajuda na avaliação quantitativa das diferentes mudanças durante infusão de adrenalina na freqüência cardíaca e o potássio extracelular, relacionados com a diabetes, assim como o estabelecimento de diferenças estatisticamente significativas entre os três tipos de neuropatias em indivíduos com diabetes: Não Neuropatia, Neuropatia Subclínica e Neuropatia Estabelecida. Finalmente, propõe-se uma análise matemática dos sinais obtidos nos três estudos de caso no domínio da freqüência, mediante a soma de ondas senos e cossenos com diferentes freqüências de oscilação, fase e amplitude. Foram analisadas todas as 12 derivações do ECG, calculadas a partir dos VCG#s com o uso da transformada de Dower. Desta forma foi escolhida a derivação II porque representava a melhor sensibilidade às mudanças na repolarização ventricular ou onda T. Dois modelos matemáticos macros de ajuste de curvas foram aplicados na repolarização ventricular da derivação II do ECG, o primeiro com 18 variáveis (soma de senos) e o segundo modelo com 12 parâmetros (séries de Fourier). Com esses modelos matemáticos surgiram formas alternativas para representar e avaliar as alterações na morfologia da repolarização ventricular em individuos com diabetes sob efeito de fármacos. / Abstract : This research presents a complete methodology for the mathematical modeling of vetocardiogramas signals (VCG's) of individuals with diabetes through three case studies: inhalation of salbutamol, adrenaline infusion and glicose clamping. The first approach proposes the use of a micro model to understand the behavior of individual cardiac ventricular cells: cells of the endocardium, M cells and epicardial cells. It was analyzed the behavior of all three cell types by transmural ECG, which was generated by the weighted sum of action potentials of the three ventricular cells. Furthermore, we proceeded to the statistical analysis of physiological measures in patients during the three case studies, obtaining a new parameter Latent Adrenaline Unit (LAU), which represents the ratio of change in heart rate with respect to the concentration of extracellular potassium, which is a response qualitatively described. The mathematical relationship LAU parameter helps in quantitative evaluation of the different changes during adrenaline infusion on heart rate and extracellular potassium, related to diabetes, as well as the establishment of statistically significant differences between the three types of neuropathy in patients with diabetes: Not Neuropathy, Subclinical Neuropathy and Established Neuropathy. Finally, it was proposed a mathematical analysis of the signals obtained in the three case studies in the frequency domain, using the sum of sine and cosine waves with different frequencies of oscillation, phase and amplitude. It was analyzed all 12-lead ECG, calculated from VCG's by using the transform Dower. Thus, the lead II was chosen because it represented the best sensitivity to changes in ventricular repolarization or T-wave. Two macro mathematical models of fitting curves were applied on ventricular repolarization of the lead II of ECG, the first model with 18 variables (sum of sines) and the second model with 12 parameters (Fourier series). With these mathematical models were found alternative ways to represent and evaluate the alterations in the morphology of ventricular repolarization in subjects with diabetes under the influence of drugs.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-07-15T23:55:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 221525.pdf: 1032650 bytes, checksum: 358d059480a821c1bf853c467dd6d52e (MD5) / As placas cerâmicas devem ser produzidas dentro de tolerâncias dimensionais estabelecidas por normas. É crescente o uso de técnicas de modelagem matemática com o objetivo de quantificar a influência das variáveis de controle de processo. O modelo desenvolvido leva em consideração variáveis independentes e foi inspirado na teoria da incerteza máxima de medição, equacionado a partir de expansão em série de Taylor. Foram avaliados o material e o processo de duas empresas que produzem revestimentos de monoqueima pelo processo via úmida. O planejamento experimental foi executado avaliando-se cada variável individualmente, em condições industriais e laboratoriais. Os ensaios estão baseados em medidas de tamanho, massa e densidade aparente dos corpos-de-provas. A definição dos limites ideais depende do tamanho das peças e da realidade de cada processo, mas pode-se dizer que variações maiores que 50g de massa da peça, 2ºC de temperatura de queima, 0,5% de umidade do pó atomizado e 8 kgf/cm2 de pressão de compactação aumentam de forma significativa a variação do tamanho final das placas cerâmicas. Para a granulometria, é desejável que as frações classificadas em finos, médios e grossos não sofram variações maiores do que 20%. O retardo de extração foi a variável que apresentou menor influência sobre a variação dimensional.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:05:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 213404.pdf: 1801799 bytes, checksum: d7472a645740185b751db6839980630e (MD5) / Neste trabalho é proposto um modelo linear de Fluxo em Redes para o problema de minimização de custos de produção e distribuição de Múltiplos Produtos Compostos. Neste modelo, restrições de acoplamento são consideradas para tratar a proporcionalidade existente entre os diversos fluxos que formam o produto composto, bem como as restrições de capacidade dos arcos pelos quais estes fluxos percorrem. A metodologia utilizada para solucionar o problema é baseada na estratégia de particionamento da matriz básica, e na implementação de uma especialização do método simplex dual para solucionar o problema particionado primal. Como solução inicial, é utilizada uma base construída por meio de um método heurístico que aloca fluxos em caminhos de custo mínimo. Para realização das operações de troca de base, a matriz ciclo é armazenada na forma produto da inversa, de modo a manter a esparsidade e a dimensão. Testes computacionais, contendo em torno de 200.000 restrições e 370.000 variáveis, aplicados à distribuição de produtos compostos de uma indústria do setor petroquímico, foram realizados com sucesso. Os resultados obtidos demonstram a eficiência computacional do algoritmo desenvolvido e a aplicabilidade do modelo formulado. Finalmente, recomendações são apresentadas para desenvolvimento de trabalhos futuros.