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This thesis presents a novel method for the correlation of FEM results to experimental test results known as the "Load updating method." Specifically, the load updating method uses the math model from the FEM and the strains measured from experimental or flight test data as inputs and then predicts the loads in the FEM which would result in strains that would correlate best to the measured strains in the least squared sense. In this research, the load updating method is applied to the analysis of a complex frame structure whose validation is challenging due to the complex nature of its structural behavior, load distributions, and error derived from residual strains. A FEM created for this structure is used to generate strain data for thirty-two different load cases. These same thirty-two load cases are replicated in an experimental setup consisting of the frame, supporting structure, and thirty actuators which are used to load the frame according to the specifications for each of the thirty-two load conditions. A force-strain matrix is created from the math model in NASTRAN using unit loads which are separately applied to each load point in order to extract strain results for each of the locations of the seventy-four strain gages. The strain data from the structural test and the force-strain matrix is then input into a Matlab code which is created to perform the load updating method. This algorithm delivers a set of coefficients which in turn gives the updated loads. These loads are applied to the FEM and the strain values extracted for correlation to the strains from test data. It is found that the load updating method applied to this structure produces strains which correlate well to the experimental strain data. Although the loads found using the load updating method do not perfectly match those which are applied during the test, this error is primarily attributed to residual strains within the structure. In summary, the load updating method provides a way to predict loads which, when applied to the FEM, would result in strains that correlate best to the experimental strains. Ultimately, this method could prove especially useful for predicting loads in experimental and flight test structures and could aid greatly in the Federal Aviation Administration (FAA) certification process. / Master of Science

Force and moment balances have proved to be essential in the measurement and calculation of aerodynamic properties during wind tunnel testing. With the recent advancements of technology, new fiber optic sensors have been designed to replace the conventional foil strain gage sensors commonly found on balances, thereby offering several distinct advantages. The use of fiber optic sensors on a balance brings with it some potential advantages over conventional strain gage balances including increased resolution and accuracy, insensitivity to electromagnetic interference, and the capability of use at high temperatures. By using the fiber optic sensors, some of the limitations of the conventional balance can be overcome, leading to a better overall balance design. This thesis considers an initial trial application of new fiber optic sensors on a conventional, six-component sting balance while retaining the original foil strain gage sensors for comparison. Tests were conducted with a blunt, 10º half-angle cone model in the Virginia Tech 9x9 inch Supersonic Wind Tunnel at Mach 2.4 with a total pressure of 48 psia and ambient total temperature of 25.3ºC. Results showed a close comparison between the foil strain gages and the fiber optic sensor measurements, which were set up to measure the normal force and pitching moment on the blunt cone model. A Finite Element Model (FEM) of the sting balance was produced in order to determine the best locations for the fiber optic sensors on the sting balance. Computational Fluid Dynamics (CFD) was also used in order to predict and compare the results acquired from all of the sensors. / Master of Science

As coroas unitárias metalocerámicas implantossuportadas são amplamente utilizadas na reabilitação de pacientes desdentados. O comportamento mecânico destas coroas é muito importante para entender o processo de transmissão de forças mastigatórias e suas reações no intermediário e na estrutura óssea peri-implantar, mas estes processos ainda não estão totalmente compreendidos. O objetivo deste trabalho foi verificar a deformação gerada no intermediário e no osso peri-implantar de coroas unitárias implantossuportadas após aplicação de carga. Foi utilizado um modelo mestre de poliuretano, simulando o osso mandibular, com um implante hexágono externo de 3,75mm x13 mm de comprimento, no qual foi fixado um intermediário multi-unit (Nobel Biocare, Göteborg, Sweden). O trabalho apresentou 3 grupos com quatro corpos de prova cada, divididos de acordo com o tipo de cilindro e liga de fundição (Cilindro de ouro sobrefundidos com a liga de PdAg, cilindro de CoCr usinado sobrefundidos com a liga de NiCoCr, cilindro de acrílico fundido com a liga de NiCoCr ). Cada corpo de prova foi submetido cinco vezes a aplicação de carga axial de 300N em uma máquina de ensaio universal. A força foi aplicada no centro da oclusal de cada coroa. Foram realizadas leituras das deformações geradas no intermediário e no poliuretano com o uso de extensômetros lineares elétricos os quais foram colados em três faces do intermediário e nas superfícies mesial, vestibular, distal e lingual do osso simulado ao redor do implante. Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey (p<0,05). Os resultados do estudo demonstraram que a utilização dos três tipos de cilindro não alteram o resultado final de distribuição de tensão no intermediário após o carregamento. Adicionalmente as coroas confeccionadas com cilindro de CoCr usinado, tiveram o comportamento mais estável com relação a uniformidade na distribuição das tensões no intermediário e no osso simulado quando comparados com os outros dois grupos (cilindros de Au e Calcinável). / The metal-ceramic crowns implant-supported are widely used in the rehabilitation of edentulous patients. The mechanical behavior of these crowns is very important to understand the process of transmission of masticatory forces and their reactions at abutment and peri-implant bone structure, but these processes are not fully understood yet. The aim of this study was to verify the deformation in the abutment and peri-implant bone in implant-supported single crowns after load application. Was used a master model of polyurethane simulating the jawbone with an external hexagon implant of 3.75 mm of diameter and 13 mm of length, which was fixed a multi-unit abutment (Nobel Biocare, Göteborg, Sweden). The study presented three groups with four samples each, divided according to type of cylinder and casting alloy (gold cylinder smelting with the PdAg alloy, CoCr cylinder machined cast-on with the league NiCoCr, cast acrylic cylinder with alloy NiCoCr). Each sample was subjected to five times the application of vertical load of 300N on a universal testing machine. The force was applied in the center of the occlusal surface of each crown. Readings were taken of the deformations generated in the abutment and polyurethane with the use of strain gages which were glued on three sides of the abutment and mesial, buccal, lingual and distal surfaces of simulated bone around the implant. The datas were submitted to ANOVA and Tukey test (p<0.05). The study results demonstrated that the use of three types of cylinder does not change the final result of stress distribution in the intermediate after axial loading. Additionally crowns made with machined cylinder CoCr, had more stable with respect to uniform distribution of stresses in the intermediate and the simulated bone when compared with the other two groups (Au and burnout cylinders).

Introdução: O ato da micção é processo complexo que envolve o encéfalo, a medula espinhal, o sistema nervoso periférico e a integridade neuromuscular do trato urinário baixo. Essa integridade permite a ocorrência da fase de armazenamento de urina na bexiga e, a seguir, da fase de esvaziamento vesical. Havendo comprometimento das conexões entre esses componentes, tanto o enchimento quanto o esvaziamento vesical podem estar comprometidos. Conhecendo as propriedades do extensômetro elétrico de resistência, foi proposta a construção de um aparato com capacidade de avaliar a condição de enchimento vesical e que permita a correlação direta com a pressão intravesical. Objetivo: Desenvolver e demonstrar o funcionamento de um equipamento para monitoramento contínuo da tensão do detrusor, em coelhos, durante a fase de enchimento vesical. Material e Métodos: Foram utilizadas 12 coelhas da raça Nova Zelândia. Após anestesia, a bexiga foi exposta por incisão mediana e a uretra foi obstruída com ligadura por fio de algodão. O sensor de tensão foi suturado ao detrusor e confeccionada cistostomia por punção com Abocath 16, utilizada para enchimento e esvaziamento vesical e cistometria, avaliada pelo equipamento Dynamed® - modelo Dynapack MPX-B16. Os coelhos foram submetidos ao procedimento de monitorização inicial (enchimento vesical monitorado pela cistometria) e a medida da tensão da parede vesical - com a bexiga totalmente preservada. Resultados: No decorrer dos experimentos e com a conclusão das análises estatísticas, encontramos uma correlação muito importante entre os dados. Quando se coloca em foco apenas um animal, verifica-se uma grande correlação entre os dados provenientes do volume infundido na bexiga em função da curva gerada para a pressão intravesical que, por sua vez, acompanha fidedignamente a curva da tensão lida na parede vesical do mesmo animal. Quando avaliados conjuntamente, verificasse que os dados são muito próximos uns dos outros, tais como o volume infundido e a tensão final em mV, lida pelo equipamento desenvolvido. Conclusão: O equipamento foi desenvolvido e, com base nos resultados obtidos, mostrou-se adequado para o monitoramento contínuo da tensão vesical do detrusor e sua correlação com o volume vesical, em coelhos, durante a fase de enchimento vesical. / Introduction: Urination is a complex process which involves the brain, the spinal cord, the peripheral nervous system and the neuromuscular integrity of the lower urinary tract. It is the unimpaired condition of all those parts that allows the bladder to go through its functional states - storage phase (filling) and voiding phase (emptying). Problems within these anatomical structures connections can also compromise both phases. This thesis presents the design of a new device which uses an electrical resistance strain gauge to evaluate the bladder\'s filling and its direct correlation with the intravesical pressure. Objective: To develop and demonstrate the operation of a new device that checks continuously rabbit\'s detrusor pressure during bladder filling. Material and Methods: 12 rabbits of New Zealand race were used. After anesthesia, their bladders and urethras were exposed via an abdominal incision made at the midline. Then, the urethra obstruction was performed by ligation using cotton thread. The tension sensor was sutured to the detrusor and a cystostomy puncture was made with an Abocath 16. The puncture was used for filling and voiding cystometry using the urodynamic equipment, Dynamed - Dynapack model MPX-B16. Data collected by this equipment was used as the baseline. Rabbits underwent an initial monitoring procedure, bladder\'s filling cystometry using the Dynamed equipment, and voltage measurement of the bladder wall using the new device - bladder integrity was preserved. Results: During the experimental phase, completion of the statistical analyzes showed us a very significant data correlation. Correlation was stronger when evaluating each animal data individually. The infused volume in the bladder, which was verified by the intravesical pressure curve, and the voltage measured on the bladder wall faithfully followed each other. When evaluating the combined data of all rabbits, correlation was less but still significant. Volume and voltage curves still resembled one another, especially the infused volume with the final voltage reading, in mV. Conclusion - Based on the results of the experimental phase in animals, the developed device is adequate for continuous detrusor pressure monitoring and its correlation with the bladder volume in the storage phase.

O propósito deste trabalho é estudar as forças de corte envolvidas no processo de fresamento de bordas de chapas utilizadas para a fabricação de tubos de aço com costura e como estas variam em função dos parâmetros de corte utilizados. O objetivo é correlacionar estas forças à qualidade do acabamento superficial das bordas usinadas, uma vez que esta é fundamental para a qualidade final da solda do tubo. Para isso, foi construído um dinamômetro de mesa para medição das forças, e os dados foram analisados através do Método da Regressão Linear Múltipla. Os resultados obtidos demonstraram que, tanto para a força de corte quanto para a rugosidade da superfície usinada, o parâmetro que mais influencia é o avanço por dente, seguido pela largura de corte, sendo que o que menos influencia é a velocidade de avanço. Estes resultados foram comprovados com êxito no processo industrial foco deste estudo através da medição da corrente elétrica dos motores dos eixos-árvore e da vibração dos mesmos. / This work aims to study the cutting forces involved in the edge milling process for welded pipes manufacturing and how these forces vary due to the cutting parameters. The objective is to create a relationship between these forces and the surface roughness of the machined edges, once it\'s fundamental to the pipe weld quality. To do this, it was designed and manufactured a dynamometer, and the data was analyzed statistically by the Linear Multiple Regression Method. The results show that for the cutting forces as well as the surface roughness, the most significant parameter is the feed per tooth, followed by the cutting width and the feed speed. These results were successfully proven on the industrial process that is the focus of this study, through the spindle motors electric current and its vibration.

O propósito deste trabalho é estudar as forças de corte envolvidas no processo de fresamento de bordas de chapas utilizadas para a fabricação de tubos de aço com costura e como estas variam em função dos parâmetros de corte utilizados. O objetivo é correlacionar estas forças à qualidade do acabamento superficial das bordas usinadas, uma vez que esta é fundamental para a qualidade final da solda do tubo. Para isso, foi construído um dinamômetro de mesa para medição das forças, e os dados foram analisados através do Método da Regressão Linear Múltipla. Os resultados obtidos demonstraram que, tanto para a força de corte quanto para a rugosidade da superfície usinada, o parâmetro que mais influencia é o avanço por dente, seguido pela largura de corte, sendo que o que menos influencia é a velocidade de avanço. Estes resultados foram comprovados com êxito no processo industrial foco deste estudo através da medição da corrente elétrica dos motores dos eixos-árvore e da vibração dos mesmos. / This work aims to study the cutting forces involved in the edge milling process for welded pipes manufacturing and how these forces vary due to the cutting parameters. The objective is to create a relationship between these forces and the surface roughness of the machined edges, once it\'s fundamental to the pipe weld quality. To do this, it was designed and manufactured a dynamometer, and the data was analyzed statistically by the Linear Multiple Regression Method. The results show that for the cutting forces as well as the surface roughness, the most significant parameter is the feed per tooth, followed by the cutting width and the feed speed. These results were successfully proven on the industrial process that is the focus of this study, through the spindle motors electric current and its vibration.

As coroas unitárias metalocerámicas implantossuportadas são amplamente utilizadas na reabilitação de pacientes desdentados. O comportamento mecânico destas coroas é muito importante para entender o processo de transmissão de forças mastigatórias e suas reações no intermediário e na estrutura óssea peri-implantar, mas estes processos ainda não estão totalmente compreendidos. O objetivo deste trabalho foi verificar a deformação gerada no intermediário e no osso peri-implantar de coroas unitárias implantossuportadas após aplicação de carga. Foi utilizado um modelo mestre de poliuretano, simulando o osso mandibular, com um implante hexágono externo de 3,75mm x13 mm de comprimento, no qual foi fixado um intermediário multi-unit (Nobel Biocare, Göteborg, Sweden). O trabalho apresentou 3 grupos com quatro corpos de prova cada, divididos de acordo com o tipo de cilindro e liga de fundição (Cilindro de ouro sobrefundidos com a liga de PdAg, cilindro de CoCr usinado sobrefundidos com a liga de NiCoCr, cilindro de acrílico fundido com a liga de NiCoCr ). Cada corpo de prova foi submetido cinco vezes a aplicação de carga axial de 300N em uma máquina de ensaio universal. A força foi aplicada no centro da oclusal de cada coroa. Foram realizadas leituras das deformações geradas no intermediário e no poliuretano com o uso de extensômetros lineares elétricos os quais foram colados em três faces do intermediário e nas superfícies mesial, vestibular, distal e lingual do osso simulado ao redor do implante. Os dados obtidos foram submetidos a análise de variância (ANOVA) e teste de Tukey (p<0,05). Os resultados do estudo demonstraram que a utilização dos três tipos de cilindro não alteram o resultado final de distribuição de tensão no intermediário após o carregamento. Adicionalmente as coroas confeccionadas com cilindro de CoCr usinado, tiveram o comportamento mais estável com relação a uniformidade na distribuição das tensões no intermediário e no osso simulado quando comparados com os outros dois grupos (cilindros de Au e Calcinável). / The metal-ceramic crowns implant-supported are widely used in the rehabilitation of edentulous patients. The mechanical behavior of these crowns is very important to understand the process of transmission of masticatory forces and their reactions at abutment and peri-implant bone structure, but these processes are not fully understood yet. The aim of this study was to verify the deformation in the abutment and peri-implant bone in implant-supported single crowns after load application. Was used a master model of polyurethane simulating the jawbone with an external hexagon implant of 3.75 mm of diameter and 13 mm of length, which was fixed a multi-unit abutment (Nobel Biocare, Göteborg, Sweden). The study presented three groups with four samples each, divided according to type of cylinder and casting alloy (gold cylinder smelting with the PdAg alloy, CoCr cylinder machined cast-on with the league NiCoCr, cast acrylic cylinder with alloy NiCoCr). Each sample was subjected to five times the application of vertical load of 300N on a universal testing machine. The force was applied in the center of the occlusal surface of each crown. Readings were taken of the deformations generated in the abutment and polyurethane with the use of strain gages which were glued on three sides of the abutment and mesial, buccal, lingual and distal surfaces of simulated bone around the implant. The datas were submitted to ANOVA and Tukey test (p<0.05). The study results demonstrated that the use of three types of cylinder does not change the final result of stress distribution in the intermediate after axial loading. Additionally crowns made with machined cylinder CoCr, had more stable with respect to uniform distribution of stresses in the intermediate and the simulated bone when compared with the other two groups (Au and burnout cylinders).

Introdução: O ato da micção é processo complexo que envolve o encéfalo, a medula espinhal, o sistema nervoso periférico e a integridade neuromuscular do trato urinário baixo. Essa integridade permite a ocorrência da fase de armazenamento de urina na bexiga e, a seguir, da fase de esvaziamento vesical. Havendo comprometimento das conexões entre esses componentes, tanto o enchimento quanto o esvaziamento vesical podem estar comprometidos. Conhecendo as propriedades do extensômetro elétrico de resistência, foi proposta a construção de um aparato com capacidade de avaliar a condição de enchimento vesical e que permita a correlação direta com a pressão intravesical. Objetivo: Desenvolver e demonstrar o funcionamento de um equipamento para monitoramento contínuo da tensão do detrusor, em coelhos, durante a fase de enchimento vesical. Material e Métodos: Foram utilizadas 12 coelhas da raça Nova Zelândia. Após anestesia, a bexiga foi exposta por incisão mediana e a uretra foi obstruída com ligadura por fio de algodão. O sensor de tensão foi suturado ao detrusor e confeccionada cistostomia por punção com Abocath 16, utilizada para enchimento e esvaziamento vesical e cistometria, avaliada pelo equipamento Dynamed® - modelo Dynapack MPX-B16. Os coelhos foram submetidos ao procedimento de monitorização inicial (enchimento vesical monitorado pela cistometria) e a medida da tensão da parede vesical - com a bexiga totalmente preservada. Resultados: No decorrer dos experimentos e com a conclusão das análises estatísticas, encontramos uma correlação muito importante entre os dados. Quando se coloca em foco apenas um animal, verifica-se uma grande correlação entre os dados provenientes do volume infundido na bexiga em função da curva gerada para a pressão intravesical que, por sua vez, acompanha fidedignamente a curva da tensão lida na parede vesical do mesmo animal. Quando avaliados conjuntamente, verificasse que os dados são muito próximos uns dos outros, tais como o volume infundido e a tensão final em mV, lida pelo equipamento desenvolvido. Conclusão: O equipamento foi desenvolvido e, com base nos resultados obtidos, mostrou-se adequado para o monitoramento contínuo da tensão vesical do detrusor e sua correlação com o volume vesical, em coelhos, durante a fase de enchimento vesical. / Introduction: Urination is a complex process which involves the brain, the spinal cord, the peripheral nervous system and the neuromuscular integrity of the lower urinary tract. It is the unimpaired condition of all those parts that allows the bladder to go through its functional states - storage phase (filling) and voiding phase (emptying). Problems within these anatomical structures connections can also compromise both phases. This thesis presents the design of a new device which uses an electrical resistance strain gauge to evaluate the bladder\'s filling and its direct correlation with the intravesical pressure. Objective: To develop and demonstrate the operation of a new device that checks continuously rabbit\'s detrusor pressure during bladder filling. Material and Methods: 12 rabbits of New Zealand race were used. After anesthesia, their bladders and urethras were exposed via an abdominal incision made at the midline. Then, the urethra obstruction was performed by ligation using cotton thread. The tension sensor was sutured to the detrusor and a cystostomy puncture was made with an Abocath 16. The puncture was used for filling and voiding cystometry using the urodynamic equipment, Dynamed - Dynapack model MPX-B16. Data collected by this equipment was used as the baseline. Rabbits underwent an initial monitoring procedure, bladder\'s filling cystometry using the Dynamed equipment, and voltage measurement of the bladder wall using the new device - bladder integrity was preserved. Results: During the experimental phase, completion of the statistical analyzes showed us a very significant data correlation. Correlation was stronger when evaluating each animal data individually. The infused volume in the bladder, which was verified by the intravesical pressure curve, and the voltage measured on the bladder wall faithfully followed each other. When evaluating the combined data of all rabbits, correlation was less but still significant. Volume and voltage curves still resembled one another, especially the infused volume with the final voltage reading, in mV. Conclusion - Based on the results of the experimental phase in animals, the developed device is adequate for continuous detrusor pressure monitoring and its correlation with the bladder volume in the storage phase.

Orientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Alexandre César Rodrigues da Silva / Banca: Josivaldo Godoy da Silva / Resumo: O teste de força de aperto das mãos tem como finalidade detectar eventuais patologias nos membros superiores e avaliar a força exercida pelas mãos de pacientes. Neste trabalho é descrito o desenvolvimento de um dinamômetro biomédico projetado para efetuar a avaliação funcional das mãos, através da utilização de moldes específicos. O equipamento é constituído basicamente por sensores com extensômetros metálicos, um circuito de condicionamento de sinais, um circuito de interfaceamento e por um display digital. O circuito de condicionamento de sinais foi implementado com um amplificador de instrumentação, um amplificador com ganho programável e por um filtro passa-baixas. O principal componente do circuito de interfaceamento é o microcontrolador ATMEGA8. O equipamento é robusto, apresenta resposta linear na faixa de 0 a 500 N, precisão de 0,54%, resolução de 0,70 N e histerese desprezível. O valor da força pode ser lida em um display e também na tela de um computador. Pode ser útil em Engenharia de Reabilitação, Fisioterapia e Terapia Ocupacional / Abstract: In this work we describe the development of a biomedical dynamometer. It was designed with the goal of performing the functional evaluation of hands with specific shapes. The equipment is constituted by force sensors, a signal conditioning circuit, an interface circuit and a digital display. Metallic strain gages were used as sensors. The signal conditioning circuit is constituted by an instrumentation amplifier, a programmable gain amplifier and a low-pass filter. The main component of the interface circuit is an ATMEGA8 microcontroller. The instrument can measure forces with resolution of 0.70 N and precision of 0.54% in the range of 0 to 500 N. It is rugged, presents linear response and very small hysteresis. The value of the force can be read in a display and in a computer screen. The device can be useful in Rehabilitation Engineering, Physiotherapy and Ocupational Therapy / Mestre