Made available in DSpace on 2018-08-01T22:29:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_4560_.pdf: 2091742 bytes, checksum: 931c6847c57cfdd1bcbb0142efeade42 (MD5) Previous issue date: 2010-11-12 / Existem muitas aplicações para uso de supercondutores onde é importante conhecer o comportamento da densidade de corrente crítica em função do campo magnético na amostra, para tanto foi desenvolvido e analisado um modelo para descrever tal comportamento em amostras supercondutoras policristalinas de alta temperatura crítica. A idéia foi capturar esse comportamento total ou parcialmente com a maior precisão possível. A teoria foi baseada nas hipóteses de que os grãos que formam amostras supercondutoras policristalinas são unidos por junções do tipo Josephson onde foram observados efeitos de interferência quântica macroscópica entre supercondutores separados por uma junção atravessada por uma corrente de tunelamento com uma dependência sobre o fluxo de campo magnético aplicado. Os pares de Cooper tunelam tais junções com um padrão de difração tipo Fraunhofer de maneira que a corrente crítica nas junções fracas é a primeira influenciada pela aplicação de campo magnético, dessa forma, em certo regime de campo e temperatura próximo à crítica, a corrente crítica na amostra é dada pela superposição de correntes Josephson influenciada pelo campo em cada junção. Por fim, o modelo foi ajustado com o auxílio de dados experimentais, da densidade de corrente crítica em função do campo magnético aplicado, obtidos a partir de amostras do supercondutor policristalino cerâmico HgRe-1223 com dopagem 5% de oxigênio.

CARVALHO. V. V. S. Geração de jogos multiníveis e com múltiplos usuários por meio de modelagem em Redes de Petri coloridas hierárquicas. 2014. 85 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2015-03-02T16:29:31Z No. of bitstreams: 1 2014_dis_wvscarvalho.pdf: 7949225 bytes, checksum: e4c256bf8e905b725cc0b9c310e89167 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2015-03-05T17:53:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_dis_wvscarvalho.pdf: 7949225 bytes, checksum: e4c256bf8e905b725cc0b9c310e89167 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T17:53:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_dis_wvscarvalho.pdf: 7949225 bytes, checksum: e4c256bf8e905b725cc0b9c310e89167 (MD5) Previous issue date: 2014-12-19 / This work presents a method to generate games with multilevel and multiple users using Hierarchical Coloured Petri Nets. The design of a multiuser game containing multiple navigation environments (multilevel) is made from the model of a Hierarchical Coloured Petri Net, in which are specified all of the rules, properties and structures of the game. The created model for the game can be formally analysed, verifying the existence of deadlocks and invalid paths, for example, and others possible conception problems, that can be done with the tools available on CPN Tools. To validate this method, a tool has been developed, called CPN Games, which allows fast and dynamic development of simple conception games only using Hierarchical Coloured Petri Nets. The XML codes of the designed models in CPN Tools are interpreted by CPN Games following a set of predefined rules to instantiate different games, without additional programing. It is demonstrated the mechanisms of the design, analysis and validation of the models and finally it is presented several examples of games developed by this tool. / Este trabalho apresenta um método para geração de jogos multiníveis e com múltiplos usuários por meio de modelagem em Redes de Petri Coloridas Hierárquicas. A concepção de um jogo multiusuário, contendo múltiplos ambientes de navegação (multiníveis), é feita a partir da criação de um modelo hierárquico em Rede de Petri Colorida, no qual se especificam todas as regras, propriedades e estruturas do jogo. O modelo criado para o jogo pode ser analisado formalmente, verificando-se, por exemplo, a existência de bloqueios e de transições mortas (caminhos inválidos), entre outros possíveis problemas de concepção, o que pode ser feito com a utilização de ferramentas disponíveis no CPN Tools. Para validar esse método, foi concebida uma ferramenta, denominada CPN Games, que permite o desenvolvimento rápido e dinâmico de jogos de concepção simples exclusivamente por Rede de Petri Colorida Hierárquica. Os códigos em XML de modelos constituídos com o CPN Tools são interpretadas pelo CPN Games seguindo um conjunto de regras pré estabelecidas para instanciar diferentes jogos, sem a necessidade de programação adicional. São demonstrados os mecanismos de criação, análise e validação dos modelos e diferentes exemplos de jogos construídos com a ferramenta.

MENEZES, A. J. R. Análise do comportamento termo-mecânico de concretos de baixas resistências em baixas idades. 141 f. 2015. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-03-14T12:52:58Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_ajrmenezes.pdf: 2035431 bytes, checksum: 2c2f1f7d4d8787e20f03992ba9a9be08 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-03-16T18:16:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_ajrmenezes.pdf: 2035431 bytes, checksum: 2c2f1f7d4d8787e20f03992ba9a9be08 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-16T18:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_ajrmenezes.pdf: 2035431 bytes, checksum: 2c2f1f7d4d8787e20f03992ba9a9be08 (MD5) Previous issue date: 2015-04-24 / Great works of infrastructure such as hydroelectric plants require, in it building, large concrete volumes classified as mass concrete structures. These works of power generation are strategic and fundamental for the development of a nation. However, during construction and throughout its life they may have pathological manifestations that compromise its stability. One of the most common problems in this type of structure is cracking caused by heat generated due to the exothermic reaction of cement hydration. Therefore, we had to analyze the thermal behavior of concrete, concrete with similar consistency and resistance like the concrete utilized in construction dam, and analyze how the type of cement utilized and its contents affects these parameters. In addition, we studied the evolution of compressive strength and dynamic modulus of elasticity as the cement hydrates. Finally, we compared the thermal performance of concretes produced with the results obtained from a commercial software. To carry out the experiment, concrete blocks were produced of 1,5m³ with cements CP II E 32 RS and CP IV 32 with consumption 241,2 kg/m³ and 330,0 kg/m³ for thermal analysis, besides cylindrical specimens for the remaining analyzes. The results showed that the thermal behavior of concrete has a small dependence on the type of cement, however the cement content affects too much this behavior, and the cement CP IV 32 showed higher thermal variations. It was also observed that the development of compressive strength is strongly dependent on the cement content, but it has low dependency on the type of cement. Computer modeling presented satisfactory results when it was compared to results of the thermal evolution blocks. / As grandes obras de infraestrutura como as centrais hidroelétricas requerem na sua construção grandes volumes de concreto, sendo classificadas como estruturas de concreto massa. Essas obras de geração de energia são estratégicas e fundamentais para o desenvolvimento de uma nação. Entretanto, durante sua construção e ao longo de sua vida útil estas podem apresentar manifestações patológicas que comprometem sua estabilidade. Um dos problemas mais comuns nesse tipo de estrutura é a fissuração causada pela energia térmica gerada devido à reação exotérmica de hidratação do cimento. Diante disso, buscou-se analisar como se dá o comportamento térmico de concretos utilizados para a construção de corpo de barragem, além de analisar como o tipo de cimento utilizado e o seu teor afetam a variação de temperatura da massa de concreto e os problemas causados por essa variação. Buscou-se ainda analisar a evolução da resistência à compressão e do módulo de elasticidade dinâmico à medida que o cimento se hidratava. Por fim, comparou-se o comportamento térmico dos concretos produzidos com os resultados obtidos por meio de um software comercial. Para a realização da parte experimental produziu-se blocos de concretos de 1,5 metros cúbicos com cimentos CP II-E 32 RS e CP IV 32 com consumo de 241,2 kg/m³ e 330,0 kg/m³ para análise térmica, além da moldagem de corpos de prova cilíndricos para as demais análises. Os resultados apontaram que o comportamento térmico do concreto apresenta uma pequena dependência do tipo de cimento. Entretanto, o teor de cimento afeta fortemente esse comportamento, sendo o cimento CP IV 32 o que apresentou maiores variações térmicas. Observou-se também que a evolução da resistência à compressão é fortemente dependente da quantidade de cimento, mas apresenta baixa dependência do tipo de cimento. A modelagem computacional apresentou resultados satisfatórios quando comparado aos resultados da evolução térmica dos blocos produzidos.

A análise de transientes hidráulicos em sistemas de bombeamento deve ser realizada já nos estudos de concepção, mesmo que simplificadamente, para assegurar a viabilidade técnica e econômica dos sistemas nas etapas posteriores dos estudos, com maior nível de detalhe. A magnitude dos transientes hidráulicos depende das características do sistema, dentre as quais se destaca o material dos condutos. Conhecendo-se as pressões extremas ao longo do conduto, este poderá ser dimensionado com segurança para resistir aos esforços gerados pelos transientes ou poderão ser utilizados dispositivos de proteção, reduzindo os efeitos dos transientes. A melhor escolha deverá, portanto, se basear em critérios técnicos e econômicos. Essa dissertação tem como objetivo contribuir para o estabelecimento de parâmetros e critérios que auxiliem a escolha do material dos condutos forçados em sistemas de bombeamento, ao nível de estudo de concepção, considerando-se aspectos relativos aos transientes hidráulicos e econômicos. Para tanto, foram realizadas simulações computacionais com o software Allievi. Assim, foram apresentados gráficos com as envoltórias de cargas extremas, possibilitando-se estimar o comportamento dos transientes hidráulicos em sistemas similares aos estudados. Ainda, foram realizadas análises de sensibilidade quanto ao momento de inércia do conjunto motor-bomba, comprimento e diâmetro da adutora e se discutiu como cada uma dessas características influenciou os transientes hidráulicos. Os valores de oscilação de cargas ao longo das diferentes adutoras foram relacionados com parâmetros frequentemente utilizados em estudos de sistemas de geração de energia hidrelétrica para indicar a necessidade de proteção contra transientes. Verificou-se a aplicabilidade desses parâmetros como indicadores da necessidade de proteção também em sistemas de bombeamento e, com base nesses parâmetros, propôs-se uma metodologia para estimar as envoltórias de cargas piezométricas extremas ao longo da adutora. Após, foram feitas novas simulações com os dispositivos de proteção, permitindo-se elencar soluções tecnicamente viáveis para os sistemas estudados. Ao final, para estabelecer critérios técnicos e econômicos, foram geradas curvas de custos para as adutoras de diferentes materiais e dispositivos de proteção e foram elencadas as melhores alternativas para os sistemas. Concluiu-se que o uso de dispositivos de proteção apresenta grande potencial de aplicação com vistas à redução dos custos de implantação de sistemas de bombeamento. / It is essential to analyze hydraulic transients in pumping systems already in concept design stage, even in a simplified way, to ensure its technical and economic feasibility throughout the next project stages, when there is a higher level of detailing. Hydraulic transient magnitude depends on the characteristics of the system, among which the material of the pipes stands out. By knowing the extremes pressures along the pipe, it can be safely design to withstand the stresses generated in the transient flow or protection devices may be used, reducing the effects of the transients. The best option should therefore to be based on technical and economic criteria. This dissertation aims to contribute on the establishment of parameters and criteria to support the pipe material selection in pumping systems concept design by considering aspects related to hydraulic transients and economic analysis. So, for the characterization of the unsteady flow pressure profile it has been done unsteady flow simulations by using the Allievi software. There was presented graphics with extrema head profiles to make possible to estimate the hydraulic transient behavior in pumping systems. Additionally, it has been done sensitivity analysis of the combined polar moment of inertia of motor and pump and of the pipe diameter and length. Thus, it was discussed how each of these information influenced hydraulic transient. The head oscillation values along different pipes were associated to parameters frequently used in studies of hydropower generation systems to indicate the need for protection against transients. It was verified that these parameters can be used to indicate the need of protection also in pumping systems studies and based on this it had been proposed a new simplified method to estimate extrema head profiles along the pipe. After that, new simulations were made with protection devices allowing the identification of technically feasible solutions for both studied systems. In order to establish technical and economic criteria, cost curves were generated for different pipe materials and protection devices and the best alternatives for each system were listed based on these criteria. So, it has been concluded that the use of a protection device presents a great potential to reducing pumping systems implantation costs.

Neste trabalho buscamos estudar a influencia da densidade ambiental sobre a estrutura de discos galácticos (fino e espesso). Estamos interessados em obter os parâmetros estruturais, como escalas de altura e de comprimento (radial) dos discos fino e espesso de galáxias em ambientes de alta densidade, como grupos compactos de Hickson e aglomerados Abell, e depois compará-los aos parâmetros de galáxias de campo. Para isto, apresentamos um modelo computacional bidimensional de discos galácticos, com diferentes frações relativas de brilho, para a obtenção dos parâmetros estruturais. O modelo foi testado com simulações e também comparado com resultados de ajuste de perfil feitos anteriormente. Este modelo é aplicado sobre nove galáxias, sendo uma de campo e oito em regiões de alta densidade. Através da analise de catálogos da literatura, obtemos contrastes de densidade ambientais para estas galáxias e assim, traçamos as relações entre estrutura e densidade ambiental. Estudamos também as mesmas relações para uma amostra disponível na literatura. Constatamos que não ha uma correlação visível entre as escalas horizontal e vertical dos discos galácticos e a densidade ambiental. Discutimos brevemente as conseqüências desses resultados para os modelos de efeitos ambientais. / In this thesis we investigate the influence of environment density over the structure of galactic discs, both thin and thick. We are interested in extracting structural parameters, such as scalelengths and scaleheights, of discs in galaxies located in high density environments, such as Hickson Compact Groups and Abell clusters, in order to compare them to their counterparts in the field. For that purpose we developed a computational bidimensional model of galactic discs, of different brightnesses. The model was tested with simulations and also confronted to the results of previously done profile fitting. The model was applied to nine galaxies, one of them in the field and the remaining in high density regions. We used galaxy catalogs from the literature in order to estimate density contrasts around these galaxies. We then correlated these densities with disc structure parameters. We also studied the same relation for a sample available in the literature. We concluded that there is no clear correlation between scalelengths and scaleheights and environmental densities. Finally, we briefly discuss the consequences of these results for models that describe environmental effects.

Neste trabalho buscamos estudar a influencia da densidade ambiental sobre a estrutura de discos galácticos (fino e espesso). Estamos interessados em obter os parâmetros estruturais, como escalas de altura e de comprimento (radial) dos discos fino e espesso de galáxias em ambientes de alta densidade, como grupos compactos de Hickson e aglomerados Abell, e depois compará-los aos parâmetros de galáxias de campo. Para isto, apresentamos um modelo computacional bidimensional de discos galácticos, com diferentes frações relativas de brilho, para a obtenção dos parâmetros estruturais. O modelo foi testado com simulações e também comparado com resultados de ajuste de perfil feitos anteriormente. Este modelo é aplicado sobre nove galáxias, sendo uma de campo e oito em regiões de alta densidade. Através da analise de catálogos da literatura, obtemos contrastes de densidade ambientais para estas galáxias e assim, traçamos as relações entre estrutura e densidade ambiental. Estudamos também as mesmas relações para uma amostra disponível na literatura. Constatamos que não ha uma correlação visível entre as escalas horizontal e vertical dos discos galácticos e a densidade ambiental. Discutimos brevemente as conseqüências desses resultados para os modelos de efeitos ambientais. / In this thesis we investigate the influence of environment density over the structure of galactic discs, both thin and thick. We are interested in extracting structural parameters, such as scalelengths and scaleheights, of discs in galaxies located in high density environments, such as Hickson Compact Groups and Abell clusters, in order to compare them to their counterparts in the field. For that purpose we developed a computational bidimensional model of galactic discs, of different brightnesses. The model was tested with simulations and also confronted to the results of previously done profile fitting. The model was applied to nine galaxies, one of them in the field and the remaining in high density regions. We used galaxy catalogs from the literature in order to estimate density contrasts around these galaxies. We then correlated these densities with disc structure parameters. We also studied the same relation for a sample available in the literature. We concluded that there is no clear correlation between scalelengths and scaleheights and environmental densities. Finally, we briefly discuss the consequences of these results for models that describe environmental effects.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T05:06:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 289193.pdf: 4908136 bytes, checksum: ddc4383ef13fa37d593197415896df3a (MD5) / Desastres naturais ocasionados por movimentos de encosta são verificados em todas as partes do mundo. Dentre os movimentos, um que merece destaque é conhecido como fluxo de detritos (debris flow). No Brasil, os estudos estão um pouco aquém da linha mundial, levando em consideração apenas a determinação dos locais propícios à ocorrência, desprezando a necessidade de se estimar o alcance e áreas afetadas pela passagem da massa deslocada. Como prova desta necessidade, nos meses de novembro e dezembro de 2008 o estado de Santa Catarina foi afetado por diversos desastres naturais relacionados a chuvas intensas prolongadas, dentre eles, fluxos de detritos. Rio dos Cedros, cidade da região norte do estado, registrou a ocorrência de diversos movimentos de encosta, dentre os quais, dois fluxos de detritos foram utilizados como estudo de caso para este trabalho. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi determinar o alcance da massa deslizada e avaliar os fatores condicionantes para este tipo de fenômeno. Para isso: (i) foram analisadas as chuvas que ocorreram no período, com a finalidade de caracterizar o evento; (ii) foram realizados levantamentos em campo de todo o caminho percorrido pelos fluxos, desde a ruptura até a deposição para posterior análise com dados encontrados na bibliografia e dados de saída do modelo FLO-2D; (iii) foram testadas formulações empíricas, a fim de verificar suas aplicabilidades para geração de dados de entrada para modelagem computacional da bacia do Rio Cunha; e por fim (iv) foi verificada a aplicabilidade e consistência dos dados gerados pelo modelo FLO-2D. Dentre os resultados ficou demonstrado a não possibilidade de se aplicar equações empíricas para determinar o volume total deslocado. Além disso, o modelo FLO-2D foi calibrado e validado apresentando um erro máximo no alcance de 118 m, o que representa uma diferença de 8,22% entre o valor obtido em campo e a pior simulação. Apesar de satisfatórios os resultados obtidos com o modelo, alguns pontos de não reprodução física do fenômeno ocorreram. Por fim, é demonstrada a necessidade da geração de dados de entrada confiáveis para aplicação deste tipo de modelo, bem como a necessidade de respostas rápidas para o levantamento destes fenômenos, pela rápida alteração das características do percurso e da área de deposição com o tempo decorrido.

Neste trabalho buscamos estudar a influencia da densidade ambiental sobre a estrutura de discos galácticos (fino e espesso). Estamos interessados em obter os parâmetros estruturais, como escalas de altura e de comprimento (radial) dos discos fino e espesso de galáxias em ambientes de alta densidade, como grupos compactos de Hickson e aglomerados Abell, e depois compará-los aos parâmetros de galáxias de campo. Para isto, apresentamos um modelo computacional bidimensional de discos galácticos, com diferentes frações relativas de brilho, para a obtenção dos parâmetros estruturais. O modelo foi testado com simulações e também comparado com resultados de ajuste de perfil feitos anteriormente. Este modelo é aplicado sobre nove galáxias, sendo uma de campo e oito em regiões de alta densidade. Através da analise de catálogos da literatura, obtemos contrastes de densidade ambientais para estas galáxias e assim, traçamos as relações entre estrutura e densidade ambiental. Estudamos também as mesmas relações para uma amostra disponível na literatura. Constatamos que não ha uma correlação visível entre as escalas horizontal e vertical dos discos galácticos e a densidade ambiental. Discutimos brevemente as conseqüências desses resultados para os modelos de efeitos ambientais. / In this thesis we investigate the influence of environment density over the structure of galactic discs, both thin and thick. We are interested in extracting structural parameters, such as scalelengths and scaleheights, of discs in galaxies located in high density environments, such as Hickson Compact Groups and Abell clusters, in order to compare them to their counterparts in the field. For that purpose we developed a computational bidimensional model of galactic discs, of different brightnesses. The model was tested with simulations and also confronted to the results of previously done profile fitting. The model was applied to nine galaxies, one of them in the field and the remaining in high density regions. We used galaxy catalogs from the literature in order to estimate density contrasts around these galaxies. We then correlated these densities with disc structure parameters. We also studied the same relation for a sample available in the literature. We concluded that there is no clear correlation between scalelengths and scaleheights and environmental densities. Finally, we briefly discuss the consequences of these results for models that describe environmental effects.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:19:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331127.pdf: 42534007 bytes, checksum: 497af0fcb28e89fe05811c42ab567085 (MD5) Previous issue date: 2014 / A articulação do joelho humano é submetida a uma elevada demanda no desempenho da sua função biomecânica e lesões são frequentes. A ruptura do ligamento cruzado anterior (LCA) é a lesão mais comum do joelho humano e proporciona importante instabilidade ao joelho, diminuição da habilidade funcional, além da degeneração dos meniscos e da cartilagem articular adjacente. Lesões ligamentares e problemas na cartilagem articular são problemas tratados cirurgicamente com a utilização de enxertos substitutos dos ligamentos, no caso da reconstrução ligamentar, ou utilizando próteses no caso de artrose. Os tratamentos de lesões no joelho envolvem o ato operatório, protocolos de fisioterapia e reeducação do paciente para recuperar as habilidades funcionais. Para a intervenção cirúrgica, cabe ao cirurgião ortopedista planejar a cirurgia de modo a obter melhores resultados no pós-operatório. O planejamento pré operatório é um passo crítico na seleção da técnica cirúrgica e definição de parâmetros a serem empregados na cirurgia de cada paciente e, assim, pode afetar diretamente os resultados da cirurgia. Para obter um planejamento pré-operatório adequado, o médico ortopedista precisa conhecer exatamente o problema a resolver, as possíveis soluções cirúrgicas e as consequências esperadas para cada solução. Na presente tese é proposta uma metodologia para a modelagem mecânica computacional do joelho com base na teoria de mecanismos, método de Davies e otimização, com a finalidade apoiar ao planejamento pré-operatório, auxiliando ao cirurgião ortopedista na decisão médica com informações objetivas simuladas pelo modelo. A metodologia proposta apresenta contribuições inéditas e vantagens em relação às atuais técnicas de modelagem do joelho humano, baseadas em teoria de mecanismos, tais como: a abordagem sequencial da modelagem mecânica preliminar, a realização completa do movimento, o uso de álgebra de quatérnions, a otimização geométrica por Evolução Diferencial, a aplicação do método de Davies, o cálculo da força in situ no LCA e a facilidade para interpretação de resultados de força quando aplicadas variações nas cargas externas e nas posições de ligamentos ou enxertos. A metodologia proposta tem aplicação na estimação de forças internas do joelho, na reconstrução de superfícies articulares, no projeto de próteses e síntese de órteses, apresentando ênfase no projeto de reconstrução de ligamentos.<br> / Abstract: The human knee joint is subjected to a high demand when performing its biomechanical function and is a place where injuries are frequent. Rupture of the anterior cruciate ligament (ACL) is the most common injury of the human knee and causes great instability, decreased functional ability as well as degeneration of the menisci and adjacent articular cartilage. Cartilage problems and ligament injuries are treated surgically using grafts in replacement of the ligaments, in case of ligament reconstruction, or using prosthesis, in case of arthrosis.The surgical treatment for injuries involves the knee joint surgery, physiotherapy and rehabilitation procedures to restore the patient's functional abilities of the knee. For the surgery, the orthopedic surgeon must plan the surgery in order to obtain better results postoperatively. The preoperative planning is a critical step in selecting the surgical technique and definition of parameters to be used in surgery for each patient and thus can directly affect the results of surgery. For an appropriate preoperative planning, the orthopedic surgeon needs to know the exact problem to be solved, possible surgical solutions and the expected consequences for each solution. This thesis propose a methodology for computational mechanical modeling of the knee based on the theory of mechanisms, the Davies method and optimization, in order to assist the preoperative planning and provide to the orthopedic surgeon objective information simulated by model that assist in medical decision making. The proposed methodology presents novel contributions and advantages regarding current techniques for modeling the human knee, based on mechanisms theory, such as: the systematic approach of the preliminary modeling, the achievement of the complete movement of the knee, the use of quaternion algebra, the geometrical optimization by Differential Evolution, the application of the Davies' method, the calculation of the in situ force in the ACL and the easiness to interpretation of results when applied changes in external loads and positions of ligaments or grafts. The proposed methodology is applicable for the estimation of internal forces of the knee, reconstruction of articular surfaces, prosthetic design and knee brace synthesis, with an emphasis on ligament reconstruction.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:57:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331663.pdf: 14347462 bytes, checksum: 2821868a775b30b34c0063f9f24fdbe4 (MD5) Previous issue date: 2014 / Desde a primeira artroplastia do joelho bem sucedida, em 1861, vários estudos vêm ajudando engenheiros e ortopedistas na melhoria das técnicas cirúrgicas e no projeto de instrumentos e implantes. Neste contexto, este trabalho vem contribuir com o desenvolvimento de um método que oriente a construção e o alinhamento de um modelo computacional (ossos-próteses) para estudos comparativos da articulação do joelho após uma cirurgia de Artroplastia Total do Joelho (ATJ). O método, quando aplicado na construção do modelo, atende às necessidades de cirurgiões e engenheiros ao fornecer uma ferramenta capaz de simular, mensurar e avaliar precisamente (quando comparada aos métodos experimentais) parâmetros biomecânicos e, assim, facilitar o desenvolvimento das técnicas cirúrgicas e do projeto de próteses de ATJ. O trabalho engloba todos os tecidos ósseos que compõem os membros inferiores e os tecidos moles mais atuantes na articulação patelofemoral: o ligamento patelar, o tendão patelar e o músculo quadríceps, bem como os componentes protéticos de ATJ. Além do método para a construção e o alinhamento da montagem ossos-próteses parametrizada, de acordo com um procolo cirúrgico de ATJ, o trabalho aborda, em paralelo ao método, a modelagem paramétrica do conjunto de implantes do tipo Movimento Guiado. Como forma de demonstrar algumas aplicações do método desenvolvido, foram realizados dois estudos de caso. O primeiro estudo compara o posicionamento do componente femoral com relação ao fêmur após dois protocolos cirúrgicos diferentes de ATJ. O segundo, já utilizando o modelo de corpos rígidos, faz avaliação estática das forças do contato patelofemoral em seis ângulos diferentes de flexão, reproduzindo um agachamento.<br> / Abstract : Since the pioneering knee arthroplasty has proven to be successful in 1861, a number of studies have been helping engineers and orthopaedists in order to improve surgical techniques and the design of devices and prosthesis. This paper aims to contribute to the development of a method which will guide the construction and alignment of a computational model (bone-prosthesis) targeting a comparative study after a total knee arthroplasty (TKA). This method, once applied in the model construction, is supposed to fulfill the needs of surgeons and engineers providing a tool capable of simulate, measure and evaluate more accurately (when compared to experimental methods) the biomechanical parameters in question, facilitating the development of surgical techniques, as well as the design of TKA prostheses. The applied method encompasses not only all lower limbs bone tissues, but also the patellofemoral joint soft tissues: patellar ligament, patellar tendon and quadriceps muscle, along with guide motion TKA prostheses components. Besides the method of parametric construction and alignment of bone-prosthesis assembly, in accordance with a TKA surgical protocol, this work proposed also, in parallel to the method, a parametric modeling to TKA prosthesis, of guide motion model. As a way to demonstrate some of the applications of the method being developed, two case studies were carried out. The first case compares the position of the femoral component relative to the femur after two different surgical protocols in TKA. The second case uses the rigid body model in order to evaluate statically the patellofemoral contact force considering six different flexion angles, replicating the movement of squatting.