Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-25Bitstream added on 2015-03-03T12:06:50Z : No. of bitstreams: 1 000807287.pdf: 653649 bytes, checksum: 86f360131853a430d43838283923d6a1 (MD5) / Os objetivos deste estudo foram construir uma plataforma de força capaz de simular várias alturas de salto do calçado, analisar a distribuição de percentual de peso aplicado em antepés e retropés e a angulação da coluna lombar e báscula pélvica em três alturas de salto, sendo elas: 1,70 cm, 5,20 cm e 7,92 cm. Participaram deste estudo 20 voluntárias com média de idade de 20,4 (2,7), IMC 21,4 (2,1) e número do calçado 36,3 (1,2). Segundo os resultados observados, quanto maior a altura do salto utilizado, maior é também o percentual de peso aplicado sobre antepés e menor é o percentual de peso aplicado sobre os retropés. Na altura de salto de 1,70 cm, a média obtida do percentual de peso aplicado em antepés não diferiu da média encontrada por Cavanagh (1987). Concluiu-se, então, que com altura de salto de 1,70 cm não ocorre sobrecarga na região plantar de antepés. Na análise da angulação da coluna lombar, encontrou-se que o aumento da altura do salto está associado ao aumento da lordose lombar, de forma que os valores da angulação lombar mostraram-se diferentes e menores com o aumento da altura do salto. Na análise da angulação da báscula pélvica não foram encontradas alterações significativas / The objectives of this study were to build a force platform able to simulate various heel heights of shoes, to analyze the distribution of percentage of weight applied on forefeet and hindfeet and the angulation of the lumbar spine and pelvis in three heel heights, namely: 1.70 cm, 5.20 cm and 7.92 cm. The study included 20 volunteers with a mean age of 20.4 (2.7), BMI 21.4 (2.1) and shoe size 7.5 (1.2). According to the observed results, the higher the heel height used, the largest the percentage of weight applied on forefeet and the lower the percentage of weight applied on hindfeet. In heel height of 1.70 cm, the mean obtained from the percentage of weight applied on forefeet did not differ from the mean found by Cavanagh (1987). Then, it was concluded that there is no overload on the plantar region of forefeet with heel height of 1.70 cm. In the analysis of the angulation of the lumbar spine, it was found that the increase in height of the heel is associated with an increase in lumbar lordosis, so that the lumbar angle values were different and smaller by increasing the heel height. In the analysis of the angulation of the pelvis no significant changes were found

Orientador: Roger Augusto Rodrigues / Coorientador: Adriano Souza / Resumo: O comportamento dos solos não saturados é um tema amplamente estudado, tanto por meio de ensaios de laboratório quanto de campo. Fenômenos como o colapso dos solos são relativamente bem explicados pelos modelos elastoplásticos existentes, dos quais o Modelo Básico de Barcelona é um dos mais utilizados e difundidos no meio acadêmico. Apesar dos avanços obtidos, ainda existe certa escassez de estudos que comparem o comportamento previsto por tais modelos a resultados de situações reais de engenharia. Esta pesquisa teve como objetivo simular numericamente resultados de recalques devidos a carregamentos e inundação de provas de carga em placa e de protótipos de sapata construídas sobre solo natural e compactado em cava. Com os resultados buscou-se analisar a eficiência da técnica de compactação para mitigar o problema do colapso do solo. Para isso, ensaios de compressão triaxial e edométricos com sucção controlada, bem como ensaios de curva de retenção e condutividade hidráulica foram realizados para determinação dos parâmetros constitutivos hidráulicos e mecânicos do solo natural e compactado que foram utilizados no programa Code_Bright para simulação numérica dos resultados de campo. Os resultados demonstraram a capacidade do modelo em reproduzir o comportamento do solo no campo. Demonstraram também que o uso da compactação do solo que preconiza compactar em cava uma camada de espessura equivalente à largura da sapata é viável para redução da colapsibilidade, mas depende do nív... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The behaviour of unsaturated soils is a widely studied theme around the world, both by utilising laboratory and field tests. Phenomena like soil collapsibility are relatively well explained by the existing elastoplastic models, among which the Barcelona Basic Model is the most widely used in the academic field. Despite the recent advances, there is still a scarcity of papers that compare the behaviour predicted by constitutive models and results of real engineering problems. This research aims to numerically simulate the results of settlement due to loading and wetting of load tests built both on undisturbed and compacted soil. The results were analysed in order to study the efficacy of the soil compaction technique in mitigating soil collapse. Suction controlled triaxial compression and oedometer tests, as well as soil water retention curve and hydraulic conductivity experiments were conducted to determine the hydraulic and mechanic parameters used in the software Code_Bright to numerically simulate field results. The results highlight the capability of the model in reproducing the analysed field behaviour. They also show that the technique that involves compaction of the soil equal to the footing's width is viable to reduce its collapsibility, but its efficacy will also depend on the tensions applied on the foundation and on the tolerable settlement values. Tensions that are propagated to the natural soil layer that are higher than its preconsolidation stress will cause col... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

A partir deste relatório acadêmico são apresentadas considerações acerca de um estudo da compostagem como objeto de pesquisa na perspectiva do Design de Produto. A visão adquirida da investigação delineada conceitualmente na intersecção entre Sistemas Artificiais e Domínios Naturais, demanda uma compreensão complexa acerca das possibilidades em âmbito prático e teórico imbricados no estudo da compostagem como um processo. Tal visão resulta em um problema de pesquisa que investiga o processo de compostagem como fonte de inspiração para o desenvolvimento de projetos a partir de uma fundamentação teórica voltada ao assunto, abrangendo a relação complementar entre o problema de pesquisa no quadro dos Domínios Naturais, e desenvolvimento de simulações no quadro dos Sistemas Aritificiais. Do ponto de vista metodológico, tal recorte possibilita a visita da pesquisa em áreas como: conhecimento aplicado em projeto, tais quais desenho paramétrico, modelagem conceitual e modelagem em Sistemas Artificiais, Simulação, Embriogênese, Bioinformática e Domínios Naturais. A relação entre problema e solução compreendidos no controle da compostagem a partir do comportamento térmico, é proposta como estruturação em coesão com todas as áreas pesquisadas, utilizando um controle com aspectos particulares. Sendo assim, o estudo de uma simulação para a geração de requisitos de projetação no campo da compostagem, delineado e codificado em operações do Design, é proposto de maneira a fomentar a realização de projetos com robustez informacional acerca do assunto. Os resultados obtidos geram um experimento com considerações coniventes com a realização da atividade, bem como para os campos de estudo visitados, em uma avaliação com critérios atrelados a área da Pesquisa em Design. Como resultado da investigação realizada em um escopo de trabalho marcado pela permanente necessidade de avaliar e confirmar as teorias propostas, são gerados modelos conceituais e artificiais para a aquisição de uma compreensão global de simulação do processo de compostagem. Desta forma, são sinalizado indícios de sua viabilidade para aquisição de benefícios coesos com o campo da Sustentabilidade. / The acquired vision about the investigation designed conceptually located at the intersection between Artificial Systems and Natural Domains, requires a complex understanding around the possibilities at the pragmatic and theoretic levels of approach embedded on studying the composting as a process. The result of such theoric frame for a research problem is the necessity of a approach that encapsule the composting process as inspiration for the development of projects supported by a theoric background around the issue, approaching the complementary relationship between research problem belonging on the Natural Domain, and the simulation development activity in the frame of the Artificial Systems. On the methodological point of view, this approach makes possible to visit research areas of knowledge applied on design, such as parametric design, conceptual modeling and modeling on Artificial Systems, Simulation, Embryogenesis, Bioinformatics and Natural Domains. The relationship between problem and solution embedded from the thermal behavior point of view for the composting controller, is proposed as structure in cohesion with all visited areas by using a peculiar conceptual characteristics. Thus, the studying of a simulation to generate Design requirements in the composting field, marked and coded by Design tasks, is presented as a proposal in order to foster this specific project area with informational strength. Descriptions are generated by an experimentation with the results, showing conniving considerations about the activity accomplishment, such as well for the studying fields visited by the research, based on an assessment with related criteria on Design Research area. As an result of this research, carried out in a scope of work marked by the continuing need for reviewing and confirmation of the theories proposed, are generated artificial models to compose a comprehensive understanding of simulation of the composting process. Thus, by verifying the theories, evidences of its viability are presented for the acquisition of aligned benefits on the Sustainability field.

O presente trabalho abordou a simulação numérica de problemas relacionados a um tópico de grande importância na área médica: o comportamento de tecidos ósseos. Foram utilizadas ferramentas computacionais, fundamentos de Mecânica dos Sólidos e teorias baseadas em estudos e experimentos, para simular o comportamento desses tecidos vivos. Aqui se desenvolveu uma metodologia para criar modelos computacionais de ossos fazendo uso de leituras tomográficas, designando as propriedades em função do valor das densidades. A metodologia foi aplicada juntamente com algoritmos genéticos e o método dos elementos finitos para obter a melhor posição de implantes ortodônticos, visando uma homogeneização da tensão no osso na região de colocação do implante. Também foi possível fazer uma comparação entre modelos utilizados na literatura e o desenvolvido aqui. Em particular, foi demonstrado que o uso de materiais isotrópicos homogêneos e materiais com propriedades variáveis de acordo com a densidade levam a resultados diferentes para a otimização da orientação do implante. Foi criado um modelo computacional de remodelamento ósseo com isotropia transversal, com base no modelo de crescimento ósseo isotrópico de Stanford e utilizando as relações constitutivas dos tecidos ósseos. Foi realizada uma comparação entre os modelos isotrópico e isotrópico transversal na simulação do processo de remodelamento ósseo, sendo possível destacar as principais diferenças entre eles. A seguir foi realizada a aplicação do remodelamento ósseo para a otimização de próteses femorais. Foram construídos modelos computacionais integrando o método dos elementos finitos, um modelo matemático do comportamento adaptativo do material ósseo e o método dos algoritmos genéticos, visando a minimização da perda de massa óssea após a inserção de próteses em um osso hospedeiro. Foram realizadas três otimizações para combinações diferentes de parâmetros de projeto de uma prótese femoral. Na primeira, foi realizada a otimização da geometria e do módulo de Young da prótese. Na segunda, foi otimizado apenas o módulo de Young da prótese. Na terceira, foi proposto um modelo de prótese bimaterial, no qual os módulos de Young e a posição da divisão entre os materiais são os parâmetros de projeto escolhidos. A partir dos resultados obtidos, foi possível fazer comentários e sugestões sobre o material utilizado para construção de próteses femorais, bem como sobre a aplicabilidade da metodologia empregada na simulação de problemas de biomecânica. / The present work is addressed to the numerical simulation of problems related to an important topic in the medical area, namely, bone tissues. Computational methods, solid mechanics and theoretical/experimental studies were used to simulate the behavior of live bone tissues. A methodology was developed to create computational models using tomography data, assigning the mechanical properties from the corresponding densities map. The methodology was applied with genetic algorithms and the finite element method to predict the optimal position of orthodontic implants, aiming the homogenization stress in the bone. It was possible to compare some models found in literature and the one developed here. In particular, it was showed that homogeneous isotropic materials and materials with variable density result in different predictions in the optimization of the implant orientation. A computational scheme for bone remodeling was developed using three material behavior laws: transversally isotropic, isotropic Stanford model and classical constitutive relations for bone tissues. A comparison between the isotropic model and the transversally isotropic in the simulation of the bone remodeling was carried out, and the main differences between them were highlighted. Then the proposed bone remodeling scheme was applied to optimize femoral prosthesis. The computational models integrated the finite element method, a mathematical model to describe the behavior of adaptive bone material, and the genetic algorithm. The optimization aimed reduction of bone absorption after the insertion of a prosthesis in a bone host. Three cases of cemented femoral prosthesis were optimized. In the first case, the Young Modulus and geometry of the prosthesis were selected as design variable. In the second case, only the Young Modulus was used as design variable. In the third case, a bi-material prosthesis was proposed was proposed and optimized. Conclusions about the applicability of the proposed formulation for the simulation of biomechanics problems are drawn.

Cada vez mais as siderúrgicas focadas na produção de aços especiais fazem uso de dispositivos eletromagnéticos que agem de forma benéfica no escoamento do aço no interior do molde e também nas trocas térmicas entre o aço líquido e o molde de cobre. Porém, o uso desses dispositivos pode acarretar perturbações indesejáveis na região de interface entre o metal e a camada protetora de escória no topo do molde. Essas perturbações na interface podem proporcionar arraste e emulsificação de escória. O aprisionamento de escória no molde pode dar origem a problemas como defeitos superficiais e internos nos tarugos solidificados. Baseado em práticas correntes nas plantas siderúrgicas este trabalho pretende verificar as condições que propiciam o arraste de escória na região superior do molde, nos casos em que se aplica agitação eletromagnética. Este estudo foi realizado em duas etapas, sendo que a primeira etapa destina-se o estudo e desenvolvimento de um modelo, fazendo uso de uma ferramenta numérica, que represente o funcionamento de agitadores eletromagnéticos usados na siderurgia. Dando seqüência ao estudo, foi então desenvolvido um modelo fluidodinâmico do molde do lingotamento contínuo, dando enfoque ao comportamento da interface metal – escória. O efeito do agitador sob o escoamento foi acoplado ao modelo fluidodinâmico, através de resultados do modelo eletromagnético calculados no modelo anterior. O objetivo desta etapa do trabalho é estudar as características de deformação do menisco e tentar avaliar a ocorrência de arraste de escória quando da variação de alguns parâmetros, como por exemplo, intensidade de agitação e espessura de camada líquida de escória. Foram analisados escoamentos em moldes circulares com duas diferentes de seções transversais. Nestes escoamentos foram testadas três intensidades de agitação eletromagnéticas para cada um deles. Outro parâmetro testado foi a espessura da camada de escória no menisco. Este estudo demonstrou que a agitação eletromagnética excessiva pode acarretar arraste de escória, como indicado na literatura. Foi possível também verificar o tipo de deformação que ocorre na interface e as características que podem proporcionar circunstâncias críticas para o arraste. Além da intensidade de agitação, os resultados também sugerem que, quanto menor profundidade de submersão da válvula, maior a probabilidade de ocorrência de arraste. / Each time more the steelmaking plants, focused on the special steels productions, have used electromagnetic devices which act well not only on the steel flow inside the mold but also on the thermal changes between the liquid steel and the copper mold. However, the use of these devices may cause undesirable instability in the interface steel – slag in the top of the mold. These instabilities in the interface may cause entrapment and emulsification of the slag. The entrapment of the slag in the mold may originate problems like superficial and internal defects in the solidified billet. Based on current practices in the steelmaking plants, this paper aims to verify the conditions that promote the slag entrapment in the upper region of the mold, in the cases in which the electromagnetic stirring is applied. This study was developed in two stages. The first stage aimed to study and to construct a numerical model which represents the electromagnetic stirrer work. As a sequence of the study, a fluid-dynamic model to the flow in the continuous casting mold was developed, with focus on the behavior of the steel – slag interface. The electromagnetic stirrer effects, under the steel flow in the mold, were coupled with the fluid-dynamic model, through the electromagnetic model results, previously calculated. The aim of this work is to verify the possibilities of slag entrapment occurrence when there is variation of the parameters like the electric current intensity (electromagnetic stirring), slag thickness, slag viscosity and submersion nozzle depth. In this work the fluid flow was analyzed in a circular mold with two different sections (180mm and 230mm). Each section mold was tested with a type of mold powder. In this flow three different stirrer intensities were tested. This study shows that the excessive electromagnetic stirring may cause slag entrapment, as indicated in the literature. It was also possible to verify the kind of deformation that happens on the steel-slag interface, and the characteristics that bring critical circumstances to the slag entrapment. Besides the stirring intensity, the results also suggest that the smaller the submersion nozzle depth the greater the probability of the slag entrapment occurrence.

Este trabalho apresenta uma sistemática para realizar a otimização numérica de pré-formas e de matrizes em problemas de forjamento axissimétricos e em estado plano de deformações. Para este fim, desenvolveu-se um código computacional composto basicamente de três módulos: módulo de pré-processamento, módulo de análise e módulo de otimização. Cada um destes foi elaborado acrescentando rotinas em programas comerciais ou acadêmicos disponíveis no GMAp e no CEMACOM. Um programa gerenciador foi desenvolvido para controlar os módulos citados no processo de otimização. A abordagem proposta apresenta uma nova função objetivo a minimizar, a qual está baseada em uma operação booleana XOR (exclusive or) sobre os dois polígonos planos que representam a geometria desejada para o componente e a obtida na simulação, respectivamente. Esta abordagem visa eliminar possíveis problemas geométricos associados com as funções objetivo comumente utilizadas em pesquisas correlatas. O trabalho emprega análise de sensibilidade numérica, via método das diferenças finitas. As dificuldades associadas a esta técnica são estudadas e dois pontos são identificados como limitadores da abordagem para problemas de conformação mecânica (grandes deformações elastoplásticas com contato friccional): baixa eficiência e contaminação dos gradientes na presença de remalhamentos. Um novo procedimento de diferenças finitas é desenvolvido, o qual elimina as dificuldades citadas, possibilitando a sua aplicação em problemas quaisquer, com características competitivas com as da abordagem analítica Malhas não estruturadas são tratadas mediante suavizações Laplacianas, mantendo as suas topologias. No caso de otimização de pré-formas, o contorno do componente a otimizar é parametrizado por B-Splines cujos pontos de controle são adotados como variáveis de projeto. Por outro lado, no caso de otimização de matrizes, a parametrização é realizada em termos de segmentos de reta e arcos de circunferências. As variáveis de projeto adotadas são, então, as coordenadas das extremidades das retas, os raios e centros dos arcos, etc. A sistemática é fechada pela aplicação dos algoritmos de programação matemática de Krister Svanberg (Método das Assíntotas Móveis Globalmente Convergente) e de Klaus Schittkowski (Programação Quadrática Sequencial – NLPQLP). Resultados numéricos são apresentados mostrando a evolução das implementações adotadas e o ganho de eficiência obtido.

O presente trabalho é parte integrante de um projeto multidisciplinar cujo objetivo é construir uma ferramenta computacional capaz de simular a operação de uma Usina Termoelétrica tratando, especificamente, da câmara de reação (local da caldeira onde se desenvolve a queima do combustível). Foi desenvolvido um modelo matemático dinâmico, pseudo-homogêneo, unidimensional e, com propriedades físicas variáveis, com o objetivo de descrever a conversão do calor gerado pela combust em energia térmica, que está baseado em balanços de massa e energia. Este modelo foi implementado no simulador gPROMS e seus parâmetros foram estimados utilizando o módulo gEST deste software (método da máxima verossimilhança), com base em dados de operação da Usina e dados cinéticos de literatura. Para a simulação dinâmica da câmara de reação foi utilizado um método de integração implícita de passos múltiplos com ordem e passo variáveis. A câmara de combustão foi dividida em três zonas, sendo realizados, em cada zona, os balanços de massa e energia, adotando-se a hipótese de mistura perfeita. O modelo desenvolvido prevê o perfil de temperatura ao longo da câmara, as correntes de saída e a composição dos gases de combustão em cada zona; incluindo uma previsão aproximada da concentração dos poluentes formados, principalmente monóxido de nitrogênio e dióxido de enxofre. Os resultados apresentados mostraram que o modelo prediz satisfatoriamente a composição do gás de combustão na saída da câmara de reação e que a divisão da câmara em diferentes zonas de combustão é apropriada para avaliar a geração e o aproveitamento energético na caldeira.

Nesse trabalho, é proposto um modelo fenomenológico para a polimerização de estireno em solução, validado com dados de uma planta industrial. Um modelo matemático para a polimerização do estireno via radicais livres é desenvolvido para predizer o comportamento estacionário e dinâmico do processo contínuo de produção de poliestireno. O modelo inclui a cinética de polimerização, em dois reatores CSTR auto-refrigerados em série, o equilíbrio líquido-vapor na seção de reação e as propriedades do produto final. Os resultados obtidos através do modelo desenvolvido são utilizados para determinar quais são os efeitos da composição de alimentação, temperatura e concentração do iniciador na conversão do monômero, massas molares, polidispersão, formação de dímeros e trímeros, densidade, viscosidade, índice de fluidez, propriedades térmicas e tensão de ruptura. Para o equilíbrio líquido-vapor, um modelo termodinâmico também foi desenvolvido para reatores auto-refrigerados, que usam o calor de evaporação para remover o calor gerado por reações químicas fortemente exotérmicas, e modelado através de uma equação cúbica de estado e uma regra de mistura aplicada ao equilíbrio líquido-vapor a baixas pressões para soluções poliméricas através do emprego de um único parâmetro de interação. O modelo desenvolvido pode ser utilizado para avaliação de estruturas de controle, simulação e otimização do processo de polimerização do estireno.

Apesar de ser um líquido comum na natureza, muitas dúvidas ainda pairam sobre várias características da água. A existência de uma relação comum entre o tipo de potencial intermolecular, criticalidade e as várias formas de anomalia existentes nessa substância ainda é uma questão em aberto, apesar da intensa pesquisa que têm-se feito ao longo dos anos sobre esse assunto . Nesta dissertação, propomos a hipótese de que a anomalia na densidade está correlacionada à presença de multicriticalidade, e que ambos os fenômenos surgem de um potencial de duas escalas. Para dar suporte a esta hipótese, além de trabalhos anteriores, usamos e estudamos um gás de rede com interações que competem (primeiros vizinhos V1 repulsivos e segundos vizinhos V2 atrativos). Construímos para este sistema um diagrama de fases µ vs. T usando dois métodos: aproximação de campo médio e simulações. Encontramos na aproximação de campo médio duas linhas críticas, uma das quais encontra a linha de 1a ordem separando duas fases líquidas, e um ponto tricrític Com a aproximação de campo médio não encontramos anomalia na densidade. Os resultados obtidos com as simulações alteram qualitativamente o diagrama de fases. Tanto as linhas críticas quanto os pontos tricríticos tem suas posições modificadas com relação ao campo médio. Neste caso encontramos um comportamento anômalo na densidade. Concluímos que o potencial de duas escalas competitivas é um ingrediente necessário ao aparecimento de anomalia na densidade e coexistência entre duas fases líquidas. Ainda, mostramos que essa anomalia pode estar associada não apenas a dois pontos críticos, como se espera para a água, mas a uma multicriticalidade em geral, tal como linhas críticas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-18T00:09:59Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:32:56Z : No. of bitstreams: 1 176596.pdf: 3279357 bytes, checksum: 6e094f8a64844fb30049288f5944b9d8 (MD5) / A simulação do processo de extração de óleo em um reservatório de petróleo é um problema complexo que envolve o escoamento multifásico em um meio poroso de geometria arbitrária, podendo conter falhas geológicas e outras irregularidades. A modelagem numérica implícita deste problema requer a solução de um complexo sistema de equações não-lineares que pode ser resolvido de diversas formas, mais ou menos eficientes. A forma mais comum de solução deste sistema emprega o método de linearização de Newton ou alguma de suas variantes. O foco deste trabalho está na análise de uma extensa classe de métodos de Newton conhecidos como métodos de Newton inexatos. Estes métodos empregam um segundo método iterativo na solução da equação linearizada resolvendo-a até uma certa tolerância; daí serem chamados de inexatos. Os métodos inexatos abordados neste trabalho concentram-se na escolha de processos iterativos baseados em métodos de projeção no espaço de Krylov, tais como: GMRES, BICGSTAB, TFQMR. Estes métodos, que formam uma subclasse dos métodos de Newton inexatos, são conhecidos como métodos de Krylov-Newton. São abordados também métodos quase-newtonianos baseados na aproximação da matriz Jacobiana considerando apenas os termos ortogonais da discretização em sistemas curvilíneos não-ortogonais. Vários problemas com diferentes graus de não-ortogonalidade da malha e não-linearidades são resolvidos e comparados usando os diferentes métodos implementados.