O IPEN-CNEN/SP produz o combustível para suprir o seu reator nuclear de pesquisas IEA-R1. O combustível é montado a partir de placas combustíveis contendo um núcleo do compósito U3Si2-Al. Uma boa homogeneidade na distribuição de urânio no núcleo da placa combustível é essencial, pois garante um bom desempenho sob irradiação. Considerando a baixa potência do reator IEA-R1, atualmente, a distribuição de urânio na placa combustível é avaliada apenas por meio de inspeção visual de radiografias. Contudo, tendo em vista a possibilidade do IPEN fabricar o combustível para o novo Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), que terá potência elevada, tornou-se inadiável o desenvolvimento de uma metodologia para determinar quantitativamente a homogeneidade da distribuição de urânio no combustível. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na atenuação de raios X para quantificar a distribuição da concentração de urânio no núcleo da placa combustível, por meio da análise da densidade óptica de radiografias e comparação com padrões. Os resultados demonstraram a não aplicabilidade do método, considerando a especificação atual para as placas combustíveis, devido ao alto valor do erro intrínseco ao método. Contudo, o estudo dos erros envolvidos na metodologia, buscando aumentar a sua exatidão e precisão, pode viabilizar a aplicação do método para qualificar o produto final. / IPEN/CNEN-SP produces the fuel to supply its nuclear research reactor IEA-R1. The fuel is assembled with fuel plates containing an U3Si2-Al composite meat. A good homogeneity in the uranium distribution inside the fuel plate meat is important from the standpoint of irradiation performance. Considering the lower power of reactor IEA-R1, the uranium distribution in the fuel plate has been evaluated only by visual inspection of radiographs. However, with the possibility of IPEN to manufacture the fuel for the new Brazilian Multipurpose Reactor (RMB), with higher power, it urges to develop a methodology to determine quantitatively the uranium distribution into the fuel. This paper presents a methodology based on X-ray attenuation, in order to quantify the uranium concentration distribution in the meat of the fuel plate by using optical densities in radiographs and comparison with standards. The results demonstrated the inapplicability of the method, considering the current specification for the fuel plates due to the high intrinsic error to the method. However, the study of the errors involved in the methodology, seeking to increase their accuracy and precision, can enable the application of the method to qualify the final product.

O Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares IPEN-CNEN/SP atualmente produz rotineiramente o combustível nuclear necessário para a operação de seu reator de pesquisas IEA-R1. Esse combustível é formado por placas combustíveis contendo núcleos de compósitos U3Si2-Al, obtidas por laminação. O processo de laminação atualmente implantado foi desenvolvido com base em informações obtidas na literatura, as quais foram usadas como premissas para a definição dos atuais procedimentos de fabricação, segundo uma metodologia de caráter essencialmente empírico. Apesar do processo de laminação atual estar perfeitamente estável e reprodutível, ele não é totalmente conhecido. O objetivo deste trabalho é caracterizar o processo de laminação de placas combustíveis adotado pelo IPEN, especificamente no que se refere à evolução dos parâmetros dimensionais da placa combustível em função da sua deformação no processo de laminação. Estão apresentados resultados da evolução das espessuras do núcleo e revestimentos da placa combustível ao longo da sua deformação, assim como dos defeitos terminais, microestrutura e porosidade do núcleo. / The Nuclear and Energy Research Institute - IPEN-CNEN/SP produces routinely the nuclear fuel necessary for operating its research reactor, IEA-R1. This fuel consists of fuel plates containing U3Si2-Al composites as the meat, which are fabricated by rolling. The rolling process currently deployed was developed with base on information obtained from literature, which were used as premises for defining the current manufacturing procedures, according to a methodology with essentially empirical character. Despite the current rolling process to be perfectly stable and highly reproducible, it is not well characterized and therefore is not fully known. The objective of this work is to characterize the rolling process for producing fuel plates, specifically the evolution of dimensional parameters of the fuel plate as a function of its deformation in the rolling process. Results are presented in terms of the evolution of the thickness of the fuel meat and cladding of the fuel plate along the deformation, as well as the terminals defects, microstructure and porosity of the fuel meat.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Aeronautics and Astronautics, 1981. / Microfiche copy available in Archives and Barker. / Includes bibliographical references. / by Steven James Hollowell. / M.S.

Thesis. 1978. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Aeronautics and Astronautics. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND AERONAUTICS. / Vita. / Includes bibliographical references. / Ph.D.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-05-06Bitstream added on 2014-06-13T19:20:06Z : No. of bitstreams: 1 ribeirojunior_pd_dr_araca.pdf: 475855 bytes, checksum: 25027ddf9644c9757d0a760d4ed4ca58 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Este estudo avaliou in vitro a influência do tipo de miniplaca (convencional ou locking) e do número de parafusos instalados no segmento ósseo distal e proximal para a promoção da estabilidade óssea e resistência da osteossínteses pelo método Champy, utilizada para o tratamento de fraturas de ângulo mandibular. Sessenta hemi-mandíbulas de poliuretano, com consistência similar ao osso mandibular, foram divididas em 4 grupos (n=15) e seccionadas na região de ângulo mandibular simulando uma fratura. Os segmentos ósseos foram fixados por diferentes tipos de miniplacas usando sistema 2.0- mm e parafusos monocorticais de 2.0 x 6.0mm. Nos grupos 1 e 2, dois parafusos convencionais (G1) ou locking (G2) foram instalados em cada segmento ósseo usando respectivamente miniplacas retas convencionais e locking; Nos grupos 3 e 4, três parafusos convencionais (G3) ou locking (G4) foram instados no segmento ósseo proximal e quatro parafusos convencionais (G3) ou locking (G4) foram instalados no segmento distal, usando uma miniplaca convencional (G3) e locking (G4) de sete furos, reta. As hemi-mandíbulas foram submetidas a um teste de compressão utilizando uma máquina universal de ensaio INSTRON até que houvesse um distanciamento entre os segmentos ósseos de 4 mm, seja no sentido horizontal ou vertical. Os dados registrados foram submetidos à avaliação estatística pelo método ANOVA e teste de Tukey utilizando um nível de significância de 1%. As miniplacas locking ofereceram maior resistência ao teste de compressão do que as miniplacas convencionais (p<0.01). Porém, não existiu diferença entre o uso de miniplacas de 7 ou 4 furos (p>0.01). Apesar de não estatisticamente significante os resultados numéricos sugeriram que as miniplacas locking longas oferecem maior resistência ao teste de compressão que as miniplacas locking curtas. / This study evaluated in vitro the influence of the type of miniplate (conventional or locking) and the number of screws installed in the proximal and distal segments on the stability and resistance of Champy’s osteosynthesis in mandibular angle fractures. Sixty polyurethane hemimandibles with bone-like consistency were randomly assigned to 4 groups (n=15) and sectioned in the mandibular angle region to simulate fracture. The bone segments were fixed by different osteosynthesis methods using 2.0-mm miniplates and 2.0 x 6 mm monocortical screws: Groups 1 and 2- Two conventional (G1) or locking (G2) screws were installed in each bone segment using either a conventional (G1) or a locking (G2) straight miniplate; Groups 3 and 4- Three conventional (G3) or locking (G4) screws were installed in the proximal segment and four conventional (G3) or locking (G4) screws were installed in the distal segment using a either a conventional (G3) or a locking (G4) 7-hole straight miniplate. The hemimandibles were loaded in compressive strength in an Instron machine until a 4-mm displacement occurred between the segments either vertically or horizontally. Data were analyzed statistically by ANOVA and Tukey’s test at 1% significance level. The locking plate/screw systems provided significantly greater resistance to displacement under compressive load than the conventional plate/screw systems (p<0.01). However, no statistically significant difference was found between 7-hole and 4-hole miniplates (p>0.01). In conclusion, the locking miniplates offered more resistance than conventional miniplates and long locking miniplates provided greater (number results) bone stability compared to short ones.

As fraturas do ângulo mandibular são muito frequentes dentre as fraturas mandibulares e um das formas de tratamento é a utilização de fixação interna com placas e parafusos. Neste estudo o objetivo foi avaliar comparativamente a resistência de três tipos de fixação em réplicas de mandíbula de poliuretano. Foram utilizadas 63 mandíbulas dentadas, submetidas a seccionamento simulando uma fratura linear e desfavorável de ângulo mandibular esquerdo. As fixações foram realizadas com placas do sistema 2,0 mm, dispostas da seguinte forma: uma placa reta de quatro furos, uma placa reta de quatro furos com extensão (ponte) e uma placa 3D 4 furos. Cada grupo (n = 21) foi submetido ao teste de resistência linear com aplicação de carga no sentido súpero-inferior em três pontos distintos da mandíbula, de modo não simultâneo (região do primeiro molar ipsilateral à secção, primeiro molar contralateral e incisivos centrais) em máquina de ensaio universal EMIC DL 2000. Foram mensurados valores de carga no deslocamento de 1 mm, 2 mm e 5mm. Os resultados obtidos foram submetidos à análise estatística, utilizando a análise de variância (ANOVA), nível de significância de 5%. Os valores obtidos, não apresentaram diferença estatisticamente significante entre as placas. Os resultados mostraram que as placas 3D produzem escores similares às placas usadas convencionalmente. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que os três tipos de fixação se comportam de forma similar. / Mandibular angle fractures are very frequent among the mandibular fractures and a form of treatment is the use of internal fixation with plates and screws. In this study, the objective was to evaluate the resistance of three types of fixation in mandibular replicas of polyurethane. Sixty three toothed mandibles were used, subject to sectioning simulating a linear and unfavorable fracture of left mandibular angle. The fixations were performed with straight plates system 2.0 mm, prepared as follows: one plate with 4-holes, one 4-holes and extension (bridge) and one plate 3D 4-holes .Each set was submitted for loading test with load application towards in three distinct points of the mandible, so do not simultaneously (molar region on the side ipsilateral of section, the central incisors and contralateral molar) in universal testing machine EMIC DL 2000. Load values were measured at offset 1 mm, 2 mm and 5mm and was noted the final dislocation. The results were submitted to statistical analysis, using analysis of variance (ANOVA), a significance level of 5%. the values obtained showed no statistically significant difference between the plates. The results show that the 3D plate can reproduce similar mechanical scores to the plates used conventionally. It can be concluded that the three types of fasteners behaved similarly.

O IPEN-CNEN/SP produz o combustível para suprir o seu reator nuclear de pesquisas IEA-R1. O combustível é montado a partir de placas combustíveis contendo um núcleo do compósito U3Si2-Al. Uma boa homogeneidade na distribuição de urânio no núcleo da placa combustível é essencial, pois garante um bom desempenho sob irradiação. Considerando a baixa potência do reator IEA-R1, atualmente, a distribuição de urânio na placa combustível é avaliada apenas por meio de inspeção visual de radiografias. Contudo, tendo em vista a possibilidade do IPEN fabricar o combustível para o novo Reator Multipropósito Brasileiro (RMB), que terá potência elevada, tornou-se inadiável o desenvolvimento de uma metodologia para determinar quantitativamente a homogeneidade da distribuição de urânio no combustível. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na atenuação de raios X para quantificar a distribuição da concentração de urânio no núcleo da placa combustível, por meio da análise da densidade óptica de radiografias e comparação com padrões. Os resultados demonstraram a não aplicabilidade do método, considerando a especificação atual para as placas combustíveis, devido ao alto valor do erro intrínseco ao método. Contudo, o estudo dos erros envolvidos na metodologia, buscando aumentar a sua exatidão e precisão, pode viabilizar a aplicação do método para qualificar o produto final. / IPEN/CNEN-SP produces the fuel to supply its nuclear research reactor IEA-R1. The fuel is assembled with fuel plates containing an U3Si2-Al composite meat. A good homogeneity in the uranium distribution inside the fuel plate meat is important from the standpoint of irradiation performance. Considering the lower power of reactor IEA-R1, the uranium distribution in the fuel plate has been evaluated only by visual inspection of radiographs. However, with the possibility of IPEN to manufacture the fuel for the new Brazilian Multipurpose Reactor (RMB), with higher power, it urges to develop a methodology to determine quantitatively the uranium distribution into the fuel. This paper presents a methodology based on X-ray attenuation, in order to quantify the uranium concentration distribution in the meat of the fuel plate by using optical densities in radiographs and comparison with standards. The results demonstrated the inapplicability of the method, considering the current specification for the fuel plates due to the high intrinsic error to the method. However, the study of the errors involved in the methodology, seeking to increase their accuracy and precision, can enable the application of the method to qualify the final product.

Proximal humerus fractures are the third most common fractures in the over-65 patient population and their stable fixation remains a key challenge in orthopaedic and trauma surgery. While Open Reduction Internal Fixation by plate has become a well-known treatment modality in the last few decades, clinical studies associate high complication rate with its use. The overall aim of this project was to create a computer-aided design framework for proximal humerus plates using a validated subject-specific humerus-plate finite element model. The framework consisted of three stages: (1) reverse engineering of bone and plate geometry, (2) creation and validation of a finite element model simulating the in vitro testing of the bone-implant construct and (3) parametric optimisation study of implant design using this model. In vitro biomechanical tests were conducted to not only compare the mechanical performance of three key commercially available proximal humerus plates (S3-, Fx- and PHILOS plate) but also the effect of different screw zones. Sixty-five humeri specimens with two-part surgical neck fractures were treated and grouped based on their different screw configurations. Extension, flexion, varus and valgus bending were applied in the cantilever fashion in the elastic tests whereas only varus bending was applied in the plastic tests. The load required to apply 5 mm displacement was measured to determine bone-plate construct stiffness. The S3 plate yielded the stiffest constructs and while the removal of the inferomedial support had the most impact on varus bending stiffness, type of medial support was important: inferomedial screws in the Fx plate achieved higher bending stiffness than blade insertion. Stability of constructs treated with the plate was an interplay of factors such as the plate’s and screws' number, orientation and position. Next, a subject-specific finite element model of the humerus-plate construct was successfully developed that simulated the stiffest of the constructs from the in vitro varus bending tests conducted in this project. The model was validated against the in vitro results. The validated model was then used to perform a parametric optimisation study where the combination of design parameters (height and divergence angle of S3 plate’s inferomedial screws) was determined that achieved optimum bone-plate construct stability (minimum fracture gap change). Out of the 538 designs tested, the optimum design (16o divergence angle and 33o height angle) yielded the lowest fracture gap change (0.156 mm) which was 4.686% lower than the standard finite element model while achieving 5.707% higher varus bending load (54.753 N). The validated model was also used to investigate the issue of using smooth pegs and threaded screws. Twenty-six models with different percentages of screw threading were run to compare their bone-plate construct stiffness. While threading the smooth pegs was found to increase the varus bending stiffness by up to 4.546%, it did not affect all screws equally. Finally, the successful completion of the optimisation study of screw orientation and the clinical investigation promises the implementation of the computational framework for a range of future multi-objective optimisation studies of multiple design parameters especially for the design of implants for other parts of the human body and also for investigations into other clinically relevant questions.

Neste trabalho foram analisados diferentes parâmetros geométricos para canais de fluxo em células a combustível tipo PEMFC e sua influência no desempenho do sistema, utilizando a fluidodinâmica computacional. Na análise dos modelos matemáticos, verificou-se que o modelo de aglomerado inundado descreve com maior fidelidade o comportamento de células a combustível, enquanto as equações de Butler-Volmer não consideram as perdas por transporte de massa. Foram avaliadas as seções transversais retangular, trapezoidal e em degrau. O modelo com canais de seção retangular apresentou desempenho elétrico ligeiramente superior, porém os canais com seção trapezoidal propiciam um melhor gerenciamento de água. Em todos os aspectos estudados, os canais com seção em degrau se comportaram de forma análoga aos canais com seção trapezoidal, porém sua construção é menos complexa. Também foram analisadas as configurações serpentina e interdigitada em células de 5 cm², e sua influência na uniformidade da densidade de corrente. Não foram observadas diferenças significativas quanto à eficiência elétrica entre células com as duas configurações. A configuração interdigitada propiciou distribuição mais uniforme de geração de corrente, pois os reagentes são fornecidos em alta concentração por uma maior área da célula. Assim, esta configuração é preferível para aumento de escala. / In this work, different geometric parameters for PEMFC flow channels and their influence in cell performance were analyzed using computational fluid dynamics. At first, two mathematical models, the flooded agglomerate model and the Butler-Volmer equations, were compared. It was verified that the equations do not consider mass-transfer losses, while the agglomerate model describes the system more accurately. In a second analysis, rectangular, trapezoidal and step-shaped cross-sections were evaluated. The model with rectangular channels showed a slightly higher electrical performance; however, trapezoidal channels provided better water management. Cells with step-shaped cross-sections were found to be superior to those with trapezoidal channels, due to lower constructive complexity, even though their performance was similar to that of trapezoidal cross-sections in every aspect. Further studies analyzed serpentine and interdigitated channel patterns in 5 cm² cells and their influence in current density uniformity. Again, electrical performance was very similar for both patterns. However, the interdigitated pattern provided more spatial uniformity in current generation, because concentrated reactants are supplied to a wider area of the cell. Thus, this pattern is preferable for fuel cell scaling-up.

This paper studies the geometrically non-linear bending behavior of functionally graded beams subjected to buckling loads using the finite element method. The computational model is based on an improved first-order shear deformation theory for beams with five independent variables. The abstract finite element formulation is derived by means of the principle of virtual work. High-order nodal-spectral interpolation functions were utilized to approximate the field variables which minimizes the locking problem. The incremental/iterative solution technique of Newton's type is implemented to solve the nonlinear equations. The model is verified with benchmark problems available in the literature. The objective is to investigate the effect of volume fraction variation in the response of functionally graded beams made of ceramics and metals. As expected, the results show that transverse deflections vary significantly depending on the ceramic and metal combination. / Revisión por pares