Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T19:52:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 235216.pdf: 7442198 bytes, checksum: c35d5f449ddd85fa511f56a70728223f (MD5) / O joelho humano é a articulação mecanicamente mais solicitada da estrutura esquelética humana. Devido a isto, grande número de lesões estão associadas a ele, tais como rompimentos totais e parciais dos ligamentos, fissuras e lesões nos meniscos, fraturas ósseas, artrites entre outras.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T13:37:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 266462.pdf: 1655592 bytes, checksum: 3a4e41ec23555055460460824ddb75aa (MD5) / Este trabalho visa o desenvolvimento de modelos matemáticos e numéricos a fim de simular o comportamento de materiais compostos e piezelétricos. A teoria de primeira ordem para estruturas laminadas é empregada na formulação de um modelo contínuo, sendo este discretizado utilizando o método dos elementos finitos. A validação do modelo numérico é efetuada através de comparações com soluções analíticas, com modelos computacionais elaborados no software comercial ANSYS® e com outros trabalhos. A aplicação proposta contempla o problema de uma placa compósita engastada por um de seus lados com lâminas de material piezelétrico aderidas às superfícies, agindo como sensor e atuador. Uma análise da dinâmica da estrutura sob ação de força mecânica externa concentrada é considerada e os resultados são utilizados no desenvolvimento de uma estratégia de controle que objetiva a redução dos níveis de vibração no sistema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:58:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 264561.pdf: 1735658 bytes, checksum: ac5d6d9c7e5b5da1f5fe2fdf835760a5 (MD5) / Nesta tese é proposta uma metodologia para obter dimensões básicas de um silenciador puramente reativo, de tal modo que a perda de transmissão sonora (TL) seja maximizada dentro da faixa de freqüência onde a eficiência de suas cavidades é notadamente baixa, otimizando assim a cavidade acústica. O cálculo da perda de transmissão (TL) é realizado com o método dos elementos finitos (FEM # formulação axissimétrica e tridimensional) e com o método dos elementos de contorno (BEM # formulação tridimensional). Emprega-se, juntamente com os métodos numéricos, um algoritmo genético (GA) para resolver o problema de otimização. Neste trabalho são avaliados dois modelos de silenciadores de câmara de expansão, o primeiro com uma e o segundo com duas câmaras. Após a análise computacional foi realizada uma verificação experimental dos resultados, através método das duas fontes com a finalidade de avaliar a precisão dos resultados numéricos e a validade da metodologia proposta. A Methodology is presented to determine the reactive muffler basic dimensions in order to maximize the sound transmission loss through the reactive muffler. First, by numerical methods are used to investigate the resonances of the cavities, which are optimized by using Genetic Algorithm (GA). Then, the Finite Element Method (axysimmetric and three-dimensional formulation) and Boundary Element Method (three-dimensional formulation) are used to evaluate the acoustic muffler performance in all numerical simulations. Results in terms of muffler performance are presented using the proposed methodology for single and double expansion chamber mufflers. To conclude, an experimental verification is carried out based on the Two Source Method, showing the accuracy of this numerically based methodology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:52:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228810.pdf: 768881 bytes, checksum: ac2ff0516d547fb693613e86694449c8 (MD5) / Existem vários métodos analíticos que apresentam modelos para determinar os esforços atuantes no flange em função de uma determinada carga de aperto necessária para vedação da conexão e em função da pressão interna e de outras forças atuantes. Foram selecionados três dos principais métodos analíticos aplicados em projeto de vasos e tubulações industriais: o método atual do ASME baseado nas constantes de gaxeta m e y necessárias para determinar a força de aperto requerida, o novo método proposto para o ASME identificado aqui como o método do PVRC baseado nas novas constantes de gaxeta Gb, a e Gs em substituição as constantes m e y, e o método do Comitê Europeu de Padronização identificado aqui como EN1591. Tanto o método do PVRC quanto o método do EN1591 foram desenvolvidos a partir de um conceito mais atualizado, na qual o valor da força requerida de aperto é determinado em função de uma determinada taxa de vazamento esperada, este conceito é diferente do praticado atualmente pelo método do ASME que não relaciona a força de aperto requerida com o desempenho de estanqueidade. Diferentes considerações de contorno e critérios de cálculo dos três métodos analíticos resultam em diferentes valores de tensão encontrados para o flange, o que pode acarretar em subdimensionamentos para determinadas aplicações. O quanto divergente são estes resultados entre si e com a situação real é o objetivo final deste trabalho que analisou os três métodos analíticos através da avaliação das forças consideradas e das tensões determinadas por cada um dos seus modelos, comparando-os entre si e com os resultados de métodos numéricos mais precisos, sendo que para este trabalho foi considerado o método dos elementos finitos. As forças de projeto dos métodos analíticos aplicadas ao método dos elementos finitos não resultaram em tensões que pudessem causar danos estruturais ao flange, já que as tensões se mantiveram dentro dos limites admissíveis para as diferentes categorias de tensão (primária e secundaria) da norma ASME de Vasos de Pressão. Contudo, foram detectados alguns aspectos dentro de cada um dos modelos analíticos que merecem ser reavaliados e consolidados em outras simulações envolvendo testes práticos de campo para somar a avaliação mecânica a uma avaliação de estanqueidade, pois, mesmo que não haja comprometimento estrutural dos flanges, o nível de deformação ao qual estão sujeitos pode comprometer o desempenho de estanqueidade do conjunto e, portanto, os resultados mecânicos não garantem a plena segurança da conexão, já que além de possuir integridade mecânica devem evitar vazamentos. The existing analytical models determine the applied loads to seal the connection as function of the bolt load, external forces and internal pressure. Three analytical methods were selected to applied in design of industrial pressure vessel and piping: actual method of the ASME with the gasket constants m and y, the new method proposed for ASME described as PVRC method with the new gaskets constants (Gb, a and Gs) and European method EN1591. The PVRC and EN1591 method were based on the new concept where the required operating and seating loads are function of maximum acceptable leak rate, by the way, the actual ASME method do not use this concept, the required forces are not based on a admissible leak rate. Different boundary conditions and criteria of calculation of the three methods obtain different stress values to the flanges that can results in failures to some cases. This work reviews the implications of these methods in design of the bolted flanges through a comparison of considered forces and stresses by this methods and with the results of finite element analysis. The design forces generate by the analytical methods do not cause mechanical damage because the resultants stresses are below of admissible limits for the stress categories (primary and secondary) of the Pressure Vessel ASME code. However, were identified some aspects inside each analytical method that must be reviewed through practical tests to add the results of this mechanical analysis with the sealing analysis, because the strains can to decrease the sealing performance of the connection. The mechanical results do not warranty the safety of the connection.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências da Saúde. Programa de Pós-Graduação em Odontologia. / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:34:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 270197.pdf: 44084256 bytes, checksum: be6ffbc4b07bb16026cbdf8dbcc85053 (MD5) / O presente estudo avalia a distribuição de tensões de Von Mises em modelos tridimensionais de pré-molares pelo método dos elementos finitos. Os modelos geométricos foram confeccionados com o programa SolidWorks (Dassault, França) e se diferenciavam pela profundidade da parede pulpar, espessura do material cerâmico e presença de bases cavitárias de resina composta com diferentes módulos de elasticidade. Após a construção, os modelos foram discretizados no programa Ansys Workbench (Swanson Analysis Inc. Houston, PA, EUA), por meio de elementos tetraédricos parabólicos. Todos os constituintes dos modelos foram considerados elásticos, contínuos e isotrópicos. As constantes elásticas aplicadas, selecionadas a partir de estudos publicados, foram o módulo de elasticidade e o coeficiente de Poisson. Os modelos foram engastados nas faces proximais e na base do osso maxilar, e uma carga de 100 N foi aplicada nas vertentes internas das cúspides vestibular e lingual, com uma inclinação de 45 graus. Após a execução das simulações, os diagramas de tensões de Von Mises foram analisados. Foi possível verificar que a profundidade do preparo cavitário, a espessura do material cerâmico e a utilização de bases cavitárias influenciaram na distribuição de tensões nos diferentes modelos estudados. As restaurações com maior espessura de material cerâmico tendem a apresentar uma distribuição de tensões mais favorável, principalmente quando cimentadas diretamente sobre o preparo cavitário, sem a existência de materiais intermediários. / The present study applied the finite element method to analyze the Von Mises stress in three-dimensional premolar models. The geometric models were developed using the SolidWorks (Dassault, France) program and presented different pulpal floor depth, thickness of the ceramic material and composite resin bases with different elastic modulus. After construction the models were submitted to discretization through the Ansys Workbench program (Swanson Analysis Incorporation. Houston, PA, USA). Parabolic tetraedrical elements were selected to compose the mesh. All the structures were considered elastic, continuous and isotropic. The elastic modulus and Poisson#s coefficient were selected from published studies. The models were fixed on the proximal surfaces and upper part of the maxillary bone. A load of 100N was applied in the buccal and lingual cusps with an inclination of 45 degrees. After the simulations were performed, the Von Mises diagrams were analyzed, and it was possible to verify that the depth of the cavity floor, the thickness of the ceramic material and the use of composite bases influenced the stress distribution in the different models. Restorations with larger thickness of ceramic material tend to present a more favorable stress distribution, especially when cemented directly over the dental tissues without the existence of intermediate materials.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-26T10:05:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304981.pdf: 4501266 bytes, checksum: 9a2ed99e7d61d185777fc55d3d15ad1c (MD5) / As propriedades dinâmicas de materiais são parâmetros importantes para a análise vibroacústica numérica de um refrigerador doméstico. O gabinete de um refrigerador doméstico é geralmente composto por três tipos de materiais: aço laminado a quente, espuma rígida de poliuretano (PUR) e poliestireno de alto impacto (PSAI). Neste trabalho, as propriedades mecânicas (módulo de elasticidade dinâmico e amortecimento) desses materiais foram determinadas, a fim de compreender o seu comportamento dependente da frequência, para usá-los corretamente em um modelo vibroacústico numérico de refrigeradores domésticos. Procedimentos experimentais baseados nas respostas impulsivas de vigas foram realizados para cada material. Além disso, modelos numéricos foram usados para ajustar as propriedades da PUR encontradas experimentalmente. Finalmente, um modelo numérico de uma viga sanduíche foi construído usando-se as propriedades obtidas. Os resultados foram comparados com os testes experimentais realizados em amostra de viga sanduíche de um gabinete de um refrigerador. Análise modal experimental foi realizada e comparada com analise modal de um modelo numérico. Boa concordância foi encontrada para frequências entre 0Hz a 600Hz. Finalmente, um modelo em Método do Elemento de Contorno (BEM) foi construído utilizando-se o modelo numérico para estimar a potência sonora radiada pelo refrigerador devido às principais excitações.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-03-04T18:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308263.pdf: 4348941 bytes, checksum: fa7e0468ae8614cbb75bb7605b3c0cab (MD5) / Os aparelhos auditivos são projetados para auxiliar indivíduos com perda auditiva, a qual ocorre em determinadas faixas de frequência sonora, sendo variável para cada indivíduo. O princípio de funcionamento dos aparelhos atuais consiste na captação do sinal sonoro pelo microfone, convertendo-o em um sinal elétrico, que é processado de modo que haja amplificação deste. Após isso, o alto-falante o converte em sinal sonoro (onda de pressão sonora), e assim se transmite à orelha do usuário. Trivialmente, devido à proximidade dos componentes, ocorre o problema de realimentação de sinal, tanto externa quanto internamente. Este se trata da vibração via estrutura interna do aparelho, em que a principal fonte é o alto-falante. Por conseguinte um apito é gerado, causando desconforto ao usuário. No estudo proposto foi investigado a realimentação interna no protótipo de um aparelho auditivo do tipo retro-auricular (fabricação Amplivox LTDA) via estrutura das carcaças plásticas. Foram realizadas análises experimentais, sendo feita validações numéricas pelo Método de Elementos Finitos (FEM), o que permite analisar e quantificar os problemas antes do produto ser fabricado. A metodologia adotada foi comparar (experimental e numericamente) o nível de vibração das carcaças, causado pelo alto-falante na região próxima e outra afastada do microfone. Para isso, numericamente, simplificou-se o modelo, em que o alto-falante foi considerado um corpo rígido (massa pontual) e sua suspensão de isolamento de vibrações como molas. Logo, foi necessário caracterizar materiais, verificar o comportamento dinâmico das carcaças pela análise modal experimental, analisar a força de excitação que o alto-falante gera quando em funcionamento e validar os modelos numéricos com o uso de um software comercial. / Hearing aids are designed to overcome the hearing loss suffered by some individuals, which occurs in certain frequency ranges and is dif-ferent for each individual. These devices work by capturing the sound signal through the microphone and converting it into an electrical signal, which is processed in order to amplify it. The receiver then converts it into a sound signal (sound pressure wave) and it is eventually transmit-ted to the user's ear. As the microphone and the receiver are near, a feedback signal issue oc-curs, both externally and internally. The internal feedback is caused by structural vibrations produced mainly by the receiver. As the suspension receiver is not perfect, it vibrates the shells producing internal feedback. Then, a whistle is generated causing discomfort to the hearing aid user. In the proposed study, the internal feedback was investigated in proto-type Behind-The-Ear (Acoustic Amplivox-BR) through hearing aid shells. A numerical modeling based on Finite Element Method (FEM) for representation of the components was used to analyze and quantify the problems before the product was manufactured. The methodology that was used aimed to compare (experimental and numerically) the vibration level of shells caused by the receiver located near and far from the microphone. Thereby, the model was simplified numerically, in which the receiver was considered as a rigid body and its suspension isolation of vibrations as springs. Thus, it was necessary to characterize the material of shells, check the dynamic behavior of the shells by experimental modal analysis, analyze the operation excitation force of the receiver and validate the numerical models using commer-cial software.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-03-04T19:54:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 309412.pdf: 8595955 bytes, checksum: cf7bb60efc53203fd23d51ecdd9e7922 (MD5) / A identificação de parâmetros constitutivos é usualmente realizada através da minimização de uma função objetivo, função essa que considera a diferença (erro) entre valores calculados numericamente e aqueles obtidos experimentalmente. Embora, em geral, apenas a força total registrada em testes uniaxiais de tração e/ou compressão seja utilizada no cálculo do erro, alguns autores têm incluido dados adicionais provenientes de medições completas de campos de deslocamento e/ou deformação. Como consequência, o Método de Correlação de Imagens Digitais (do inglês Digital Image Correlation, DIC) tem sido amplamente empregado como uma impotante ferramenta nesse processo devido a sua capacidade de fornecer medidas confiáveis de campos de deslocamento e/ou deformação. Nesse trabalho é proposto um método de identificação que faz uso de campos de deslocamento obtidos por meio de DIC. Tal método consiste no cálculo da energia de deformação e das forças internas, a cada passo de tempo, diretamente do campo de deslocamanto obtido por meio do método DIC. Dessa forma, uma função objetivo baseada no erro, a qual quantifica a diferença entre as forças internas e o carregamento medido, pode ser definida. Essa função objetivo é então minimizada em relação aos parâmetros constitutivos do material. A fim de avaliar tal proposição, vários testes de identificação de parâmetros foram realizados por meio de experimentos numéricos e mecânicos. Sendo que, nesse último caso, um corpo de prova não padronizado e fabricado em aço baixo-carbono foi projetado e submetido a um ensaio de tração monotônico. Durante esse teste, o histórico do campo de deslocamento foi registrado por meio do método DIC. Devido às características do material, a versão simplificada do modelo de Lemaitre para dano-elastoplástico foi escolhida como modelo constitutivo a ser empregado. Finalmente, duas funções objetivo foram definidas e então minimizadas por meio de um algoritmo de otimização, o que levou à solução do problema de identificação. A seção de resultados mostra o desempenho e aplicabilidade do procedimento descrito. As vantagens, dificuldades e propostas para trabalhos futuros são então discutidas. / The identification of material parameters is usually accomplished through the minimisation of an objective function that takes into account the error between computed and measured quantities. Although, in general, only the total force of a tensile and/or compression test is used in the calculation of the error, several authors have included additional data, obtained from full-field measurements. As a consequence of this fact, the Digital Image Correlation (DIC) method has been widely employed as an important tool in this process, due to its capacity of supplying reliable displacement and/or strain fields. In this work, an identification method that uses the full-field data obtained by means of DIC is proposed. The internal strain energy and internal forces at each time step is calculated directly from the displacement field supplied by the DIC method. Thus, an error-based objective function that quantifies the difference between internal forces and measured loads can be defined. This objective function is then minimised with respect to the constitutive material parameters. In order to assess this proposition, several identification tests were carried out by means of numerical and mechanical experiments. In the latter, a non-standard low-carbon steel specimen was designed and submitted to a uniaxial monotonic tensile test. During the test, the history of the displacement field was recorded by means of DIC. Due to the characteristics of the material, the simplified version of Lemaitre's elatoplastic damage model was chosen as the constitutive model for the simulations. Finally, two objective functions were defined and called within an optimisation algorithm, which led to the solution of the identification problem. The results section shows the performance and applicability of the procedure described. Advantages, difficulties and proposals for future work are then discussed.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:14:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316510.pdf: 3168406 bytes, checksum: b7ead59d3e54f59f41cd1f6647f1eccd (MD5) / O estudo dos transformadores é assunto de diversos trabalhos científicos. Utiliza-se muito o método dos elementos finitos para este fim, pois é uma ferramenta eficaz e precisa para a representação dos fenômenos eletromagnéticos. Porém em uma etapa de pré-dimensionamento este método pode ser considerado demorado em questões de tempo de cálculo. Assim, neste trabalho, utiliza-se um software chamado CADES, que a partir de um modelo analítico tem-se uma solução otima após um determinado número de iterações. O principal atrativo na utilização deste software foi sua facilidade de implementação matemática e exploração de variáveis. O modelo analítico apresenta um grande número de variáveis permitindo ter uma grande variedade de opções para o dimensionamento de transformadores, dependendo dos parâmetros de construção impostos pelos fabricantes. Uma das contribuições desta pesquisa é que parâmetros de custo de fabricação e custo capitalizado são partes da otimização e assim aspectos econômicos serão estudados dentro de um cenário de corte de gastos. O custo capitalizado do transformador é a soma do custo de fabricação com o custo das perdas sobre sua vida útil. Inicialmente o estudo consistirá na proposta de um modelo analítico de um transformador trifásico. Este modelo é validado através do método dos elementos finitos utilizando o software EFCAD e através do método em rede de relutâncias utilizando o software Reluctool, para as variáveis de indutância de magnetização e dispersão. Após a inserção dos modelos por rede de relutâncias no modelo analítico a otimização é implementada no CADES para diversos parâmetros de entrada impostos pelos fabricantes, e diferentes parâmetros de estudo como: permeabilidade relativa do ferro linear e saturada, bobinagem feita com cobre ou alumínio, etc. Alguns resultados são mostrados utilizando a metodologia de Pareto.<br> / Abstract : The study of transformers is the matter of many scientific studies. The finite element analysis is very used for this purpose because it is an efficient and accurate tool for electromagnetic phenomena representation. However in a stage of pre-dimensioning this method can be considered very time-consuming. Therefore, we will use a software called CADES, that from an analytical model, gives an optimal solution after a certain number of iterations. The main advantage of utilizing this software is the mathematical implementation and variables exploration ease. The analytical model shows a large number of variables and it allows a great variety of options for dimensioning transformers, depending on the construction parameters imposed by manufacturers. One of the contributions of this research is that parameters such as manufacturing cost and capitalized cost are parts of the optimization and thus economics aspects will be studied in a cost-cutting scenario. The capitalized cost of the transformer is the sum of the manufacturing cost and cost resulting from the losses on its service life. The study will initially consist of the suggestion of an analytical model of a three- phase transformer. This model is validated by the finite elements method using the software EFCAD and through the reluctance network method using the software Reluctool, for variables like magnetizing and dispersion inductance. After inserting the reluctance network models in the analytical model, the optimization is implemented on CADES for many input parameters imposed by manufacturers and different study parameters such as relative permeability of the iron, linear and non-linear, winding made of copper or aluminum, etc. Some results are shown using Pareto methodology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil. / Made available in DSpace on 2013-07-15T22:53:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 222480.pdf: 2330597 bytes, checksum: 8a3afefb03ded064d7f6e0f6ba13a443 (MD5)