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Estructura y propiedades de redes modelo de poli(dimetilsiloxano)

Agudelo Mora, Diana Carolina 30 March 2016 (has links)
El presente trabajo está enfocado en el estudio teórico y experimental de la influencia de los parámetros estructurales en redes modelo de poli(dimetilsiloxano) (PDMS). Con este fin se sintetizaron redes modelo de PDMS por reacción de hidrosililación, con diferentes cantidades controladas de defectos estructurales tales como cadenas pendientes y cadenas libres atrapadas, y con diferentes funcionalidades del punto de entrecruzamiento. La estructura molecular y propiedades viscoelásticas de las redes se obtuvieron mediante la caracterización de las mismas por reometría rotacional, extracción de material soluble y modelamiento matemático de la reacción de entrecruzamiento (Método Recursivo). Adicionalmente, las redes fueron estudiadas a través del análisis de la formación de inestabilidades elásticas en redes modelo de PDMS recubiertas con películas de oro (Au). En la primera parte se presenta una breve introducción que permite la comprensión de la relación entre estructura-propiedades para redes poliméricas y su evolución, la deducción de conceptos diversas teorías y modelos. También es introducido el fenómeno de formación de inestabilidades elásticas, sus principales parámetros y diversas aplicaciones, como su uso en metrología de materiales poliméricos. A partir de los conocimientos incorporados se da comienzo a una fase experimental en la cual el objetivo es estudiar la influencia de los parámetros estructurales en las propiedades viscoelásticas de redes modelo de PDMS, más específicamente la influencia de la funcionalidad del punto de entrecruzamiento. Primeramente se realizan redes modelo sin defectos y con cantidades conocidas de defectos estructurales (cadenas pendientes y cadenas libres atrapadas) El análisis de la influencia de los parámetros estructurales de la red sobre sus propiedades reológicas y mecánicas se llevó a cabo de manera similar en todos los casos. Mediante la utilización del método recursivo y su relación con las condiciones de síntesis iniciales se determinaron los parámetros moleculares más relevantes y posteriormente se relacionaron con las propiedades viscoelásticas medidas. En todos los casos se observa una alta dependencia de las propiedades viscoelásticas con la funcionalidad del punto de entrecruzamiento y con la estructura molecular de la red. Estas diferencias se hacen mucho más marcadas al incluir en la mezcla reactiva defectos estructurales que disminuyen el avance de reacción final como el obtenido en las redes modelo de PDMS sin defectos incluidos. Posteriormente, se presenta el estudio de formación de inestabilidades elásticas en redes modelo de PDMS cubiertas con una película de oro (Au) de espesor nanométrico. Las mezclas reactivas de redes de PDMS con funcionalidad variable son depositadas en cubreobjetos, sobre los cuales se realiza el procedimiento de curado y posteriormente la deposición de una película nanométrica de Au sobre la red completamente curada. Las inestabilidades elásticas son inducidas por difusión de un solvente en cada una de las muestras y posteriormente analizadas a través de microscopia óptica. En las mismas se analizan la formación y desaparición de las inestabilidades y el movimiento de las dislocaciones en los procesos de reorganización de las mismas. Mediante el uso de la transformada de Fourier sobre las imágenes de microscopia óptica se obtuvo la longitud de onda característica en las películas sobre las redes sintetizadas. La variación de las longitudes de onda en el rango de funcionalidades analizado se encuentra en concordancia con lo obtenido a través de la estructura molecular y propiedades viscoelásticas de las redes modelo de PDMS. / The present work focuses on the theoretical and experimental study of the influence of structural parameters in model poly(dimethylsiloxane) (PDMS) networks. For this purpose, PDMS networks with controlled amounts of different kind of structural defects such as pendant chains and trapped free chains, and variable functionality of cross-linking points were synthesized by hydrosilylation reaction. Molecular structure and viscoelastic properties of networks were obtained by characterization through rotational rheometry, extraction of soluble material and mathematical modeling of the cross-linking reaction (Recursive Method). Additionally, model network were analyzed by the formation of elastic instabilities in PDMS networks coated with gold (Au) films. In the beginning of this work, a brief introduction allows the understanding of the relationship between structure-properties for polymer networks and their evolution with the deduction of diverse theories and models Also is presented an introduction of the formation of elastic instabilities phenomenon, its main parameters, various applications and its use in metrology of polymeric materials. After the knowledge of the theoretical framework started an experimental stage in which the objective was to study the influence of structural parameters on the viscoelastic properties of PDMS networks. First, were synthesized model PDMS networks containing known quantities of structural defects (pendant or free trapped chains) in which varies the functionality of the cross-linking points. The analysis of the influence of network's structural parameters on its rheological and mechanical properties was carried out in the same way for all the networks studied. By using the recursive method and its relation to the initial synthesis conditions, the relevant molecular parameters were determined and then related to the viscoelastic properties measures. In all cases it was observed a highly dependence of viscoelastic properties with the functionality of cross-linking points and the molecular network structure of the networks. The differences are much more pronounced when are included in the reaction mixture structural defects that decreased the maximum extent of reaction compared to those obtained for model PDMS networks without defects. Finally, is presented the study of elastic instabilities formations in model PDMS networks covered with a nanometric gold (Au) film. Reactive mixtures of PDMS networks with varying functionality are deposited on coverslips on which the curing process is carry on, and subsequently a nanometer Au film is deposited. Elastic instabilities are induced by diffusion of toluene in each sample and analyzed by optical microscopy. The formation and disappearance of instabilities and the movement of dislocations and its reorganization are examined. By using the Fourier transform on images obtained by optical microscopy the characteristic wavelength in each of the synthesized networks was obtained. The variation of wavelength in the range of functionalities analyzed is in good agreement with calculated values of the molecular structure and measured viscoelastic properties of PDMS model networks.
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Comparação prospectiva e randomizada entre DisCo Visc e hidroxipropilmetilcelulose 2% durante a facoemulsificação / Prospective randomized comparison of DisCoVisc and 2% hydroxypropylmethilcellulose in phacoemulsification

Espindola, Rodrigo França de 16 October 2015 (has links)
INTRODUÇÃO: Comparar duas soluções viscoelásticas, ácido hialurônico 1,6%/sulfato de condroitina 4% (DisCoVisc®, Alcon Laboratórios, EUA) e hidroxipropilmetilcelulose 2% (HPMC, Ophthalmos, Brasil), com relação ao desempenho durante a facoemulsificação (FACO) e o implante de lente intraocular. MÉTODOS: Foi realizado um ensaio clínico randomizado, envolvendo 78 olhos (39 pacientes) submetidos à FACO bilateral, por um único cirurgião. Os pacientes foram randomizados para receber DisCoVisc ou HPMC no primeiro olho. O olho contralateral foi operado mais tarde recebendo a outra solução viscoelástica em todas as etapas da cirurgia. Examinadores mascarados realizaram as avaliações pré e pósoperatórias (5, 24 e 48 horas; 7 e 14 dias; 3 e 6 meses), incluindo a medida da pressão intraocular (PIO), espessura cornena central (ECC) e acuidade visual corrigida. A densidade endotelial foi realizada no pré-operatório e ao final do seguimento (6 meses). Variáveis intraoperatórias incluíram medidas da quantidade total de solução viscoelástica, tempo de ultrassom durante a FACO e tempo para a retirada completa da solução do olho. RESULTADOS: A densidade endotelial foi estatisticamente superior com DisCoVisc (2.214 ± 372 cel/mm2) do que com HPMC (2.032 ± 460 cel/mm2) ao final do seguimento (p = 0,001). Uma redução média de 7% e de 15%, respectivamente. Não houve diferença estatística entre as soluções viscoelásticas com relação a densidade da catarata (p = 0,363) e o tempo de ultrassom (p = 0,456). O tempo de aspiração da HPMC (0,22 ± 0,09 min) foi significativamente maior que o DisCoVisc (0,17 ± 0,06 min) (p = 0,001) e a quantidade de viscoelástico utilizada foi maior com a HPMC (1,35 ± 0,20 ml) do que com DisCoVisc (0,89 ± 0,11 ml) (p < 0,001). Não houve diferença estatisticamente significativa entre as soluções quanto a ECC e a PIO durante o seguimento. CONCLUSÕES: A densidade endotelial ao final do estudo foi significativamente maior com o uso de DisCoVisc, o que pode representar uma melhor proteção endotelial. Foi necessário uma menor quantidade de DisCoVisc e um tempo de aspiração menor durante a FACO com essa solução viscoelástica / INTRODUCTION: To compare two ophthalmic viscosurgical devices (OVDs), 1.6% hyaluronic acid/4% chondroitin sulfate (DisCoVisc®, Alcon Lab., USA) and 2% hydroxypropylmethylcellulose (HPMC, Ophthalmos, Brazil), in terms of their overall performance during phacoemulsification (PHACO) and intraocular lens implantation. METHODS: This prospective, randomized clinical trial comprised 78 eyes (39 patients) that underwent PHACO by the same surgeon. Patients were randomly assigned to receive DisCoVisc or HPMC on the first eye. The other eye was treated later and received the other OVD. Masked examiners measured intraocular pressure (IOP), central corneal thickness (CCT) and best-corrected visual acuity. The corneal endothelial cell density was measured at baseline and at 6 months postoperatively. Intraoperative variables include the total amount of the OVD, ultrasound and washout times. RESULTS: Corneal endothelial cell density was significantly higher with DisCoVisc (2.214 ± 372 cell/mm2) than HPMC (2.032 ± 460 cell/mm2) at the end of follow-up (p = 0.001). A mean reduction of 7% and 15%, respectively. There were no statistically significant differences between OVDs in terms of cataract density (p = 0.363) or ultrasound time (p = 0.456). Regarding washout time, it took longer to remove HPMC (0.22 ± 0.09 min) than DisCoVisc (0.17 ± 0.06 min) (p = 0.001), and the amount of viscoelastic material used was greater with HPMC (1.35 ± 0.20 ml) than DisCoVisc (0.89 ± 0.11 ml) (p < 0.001). There were no statistically significant differences between the two OVDs regarding CCT or IOP measurements at any point in time. CONCLUSION: The corneal endothelial cell loss was significantly less with DisCoVisc than HPMC, which can improve corneal endothelium protection. DisCoVisc was easier to remove after IOL implantation and fewer amounts were necessary during PHACO
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Comparação prospectiva e randomizada entre DisCo Visc e hidroxipropilmetilcelulose 2% durante a facoemulsificação / Prospective randomized comparison of DisCoVisc and 2% hydroxypropylmethilcellulose in phacoemulsification

Rodrigo França de Espindola 16 October 2015 (has links)
INTRODUÇÃO: Comparar duas soluções viscoelásticas, ácido hialurônico 1,6%/sulfato de condroitina 4% (DisCoVisc®, Alcon Laboratórios, EUA) e hidroxipropilmetilcelulose 2% (HPMC, Ophthalmos, Brasil), com relação ao desempenho durante a facoemulsificação (FACO) e o implante de lente intraocular. MÉTODOS: Foi realizado um ensaio clínico randomizado, envolvendo 78 olhos (39 pacientes) submetidos à FACO bilateral, por um único cirurgião. Os pacientes foram randomizados para receber DisCoVisc ou HPMC no primeiro olho. O olho contralateral foi operado mais tarde recebendo a outra solução viscoelástica em todas as etapas da cirurgia. Examinadores mascarados realizaram as avaliações pré e pósoperatórias (5, 24 e 48 horas; 7 e 14 dias; 3 e 6 meses), incluindo a medida da pressão intraocular (PIO), espessura cornena central (ECC) e acuidade visual corrigida. A densidade endotelial foi realizada no pré-operatório e ao final do seguimento (6 meses). Variáveis intraoperatórias incluíram medidas da quantidade total de solução viscoelástica, tempo de ultrassom durante a FACO e tempo para a retirada completa da solução do olho. RESULTADOS: A densidade endotelial foi estatisticamente superior com DisCoVisc (2.214 ± 372 cel/mm2) do que com HPMC (2.032 ± 460 cel/mm2) ao final do seguimento (p = 0,001). Uma redução média de 7% e de 15%, respectivamente. Não houve diferença estatística entre as soluções viscoelásticas com relação a densidade da catarata (p = 0,363) e o tempo de ultrassom (p = 0,456). O tempo de aspiração da HPMC (0,22 ± 0,09 min) foi significativamente maior que o DisCoVisc (0,17 ± 0,06 min) (p = 0,001) e a quantidade de viscoelástico utilizada foi maior com a HPMC (1,35 ± 0,20 ml) do que com DisCoVisc (0,89 ± 0,11 ml) (p < 0,001). Não houve diferença estatisticamente significativa entre as soluções quanto a ECC e a PIO durante o seguimento. CONCLUSÕES: A densidade endotelial ao final do estudo foi significativamente maior com o uso de DisCoVisc, o que pode representar uma melhor proteção endotelial. Foi necessário uma menor quantidade de DisCoVisc e um tempo de aspiração menor durante a FACO com essa solução viscoelástica / INTRODUCTION: To compare two ophthalmic viscosurgical devices (OVDs), 1.6% hyaluronic acid/4% chondroitin sulfate (DisCoVisc®, Alcon Lab., USA) and 2% hydroxypropylmethylcellulose (HPMC, Ophthalmos, Brazil), in terms of their overall performance during phacoemulsification (PHACO) and intraocular lens implantation. METHODS: This prospective, randomized clinical trial comprised 78 eyes (39 patients) that underwent PHACO by the same surgeon. Patients were randomly assigned to receive DisCoVisc or HPMC on the first eye. The other eye was treated later and received the other OVD. Masked examiners measured intraocular pressure (IOP), central corneal thickness (CCT) and best-corrected visual acuity. The corneal endothelial cell density was measured at baseline and at 6 months postoperatively. Intraoperative variables include the total amount of the OVD, ultrasound and washout times. RESULTS: Corneal endothelial cell density was significantly higher with DisCoVisc (2.214 ± 372 cell/mm2) than HPMC (2.032 ± 460 cell/mm2) at the end of follow-up (p = 0.001). A mean reduction of 7% and 15%, respectively. There were no statistically significant differences between OVDs in terms of cataract density (p = 0.363) or ultrasound time (p = 0.456). Regarding washout time, it took longer to remove HPMC (0.22 ± 0.09 min) than DisCoVisc (0.17 ± 0.06 min) (p = 0.001), and the amount of viscoelastic material used was greater with HPMC (1.35 ± 0.20 ml) than DisCoVisc (0.89 ± 0.11 ml) (p < 0.001). There were no statistically significant differences between the two OVDs regarding CCT or IOP measurements at any point in time. CONCLUSION: The corneal endothelial cell loss was significantly less with DisCoVisc than HPMC, which can improve corneal endothelium protection. DisCoVisc was easier to remove after IOL implantation and fewer amounts were necessary during PHACO
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Previsão de ondas geradas por ventos em águas interiores e sua alteração devido à presença de vegetação aquática em margens de lagos

Morais, Vinicius Souza [UNESP] 11 December 2009 (has links) (PDF)
Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-12-11Bitstream added on 2014-06-13T20:50:43Z : No. of bitstreams: 1 morais_vs_me_ilha.pdf: 9848157 bytes, checksum: 187eadcaad3e9775d2aa107935283406 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho dá continuidade e aperfeiçoa um modelo automatizado para estimativa de altura de ondas geradas em lagos de barragens, a partir dos dados característicos de vento. Infere sobre a climatologia dos ventos, a fim de determinar as maiores alturas de ondas e identificar pontos críticos, tanto para a segurança à navegação, quanto para as margens do reservatório. Lagos de barragens, foco desta dissertação são, em sua maioria, dotados de vegetação aquática. Dentro dessa temática, uma busca por modelos capazes de qualificar e quantificar o quão as ondas geradas pelo vento reagem ao atravessar esses obstáculos naturais em termos de oscilação das plantas, presentes nas margens, foi também discutida. Para os propósitos aqui expostos, um aplicativo computacional foi utilizado para a previsão de ondas e estruturado de maneira que pudesse fornecer resultados gráficos de forma automatizada com maior precisão e no menor tempo possível. O software, fruto do desenvolvimento dos estudos da equipe de pesquisa e mais recentemente aprimorado no presente trabalho, batizado de OndisaCAD, integra-se dentro de ambientes CADs, precisamente no AutoCAD da Autodesk, possibilitando, assim, a geração de ótimas interfaces e resultados gráficos. No que tange à dissipação de energia através da vegetação existente nos lagos e suas margens, o aspecto dinâmico associado à própria movimentação da vegetação foi comparado ao comportamento do movimento de vigas engastadas em sua parte inferior, o que permitiu prescrever a movimentação dos organismos vivos (plantas) frente a uma excitação provocada pela passagem de onda / This work continues and perfects an automated model for estimating the height of waves generated in lakes dams, entering the characteristic data of the wind. It follows on the climatology of the winds to determine the largest wave heights and identify critical points, for the safety of navigation and margin of the reservoir. Lakes dams, focus of this dissertation are mostly equipped with aquatic vegetation. Inside this subject, a search for models able to qualify and quantify how the waves generated by winds respond to cross these natural barriers in terms of oscillation of plants, present on the margin, was also discussed. For the purposes set out here, a software was used for predicting waves and structured so that could provide automated graphics results with more accurately and with a shortest possible time. The software, due to the development of studies of the research team and more recently extended in the present work, called OndisaCAD, works within CADs environments, specifically in AutoCAD of Autodesk's, allowing the generation of great interfaces and graphical results. With respect to the dissipating energy through the vegetation in the lakes and their margins, the dynamic aspect associated with their movement of the vegetation was compared to the behavior of the movement of beams embedded in its bottom, which allowed to prescribe the movement of living organisms (plants) front of an excitement caused by the passage of a wave
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Avaliação do efeito ambiental nas propriedades mecânicas do compósito de peek/fibra de carbono processado via moldagem por compressão a quente

Oberdan Martins Silva 06 September 2011 (has links)
A utilização de compósitos com matrizes termoplásticas na indústria aeronáutica aparece com forte tendência de utilização na construção de aeronaves, dado o seu potencial de produção a baixo custo, a sua possibilidade de reciclagem e a facilidade na execução de reparos. Dentre os polímeros termoplásticos utilizados em compósitos, o PEEK (poli(éter-éter-cetona)) tem atraído considerável interesse como um polímero avançado de engenharia, devido ao seu desempenho mecânico, que reforçado com fibras de carbono apresenta características de resistência mecânica desejáveis para serem utilizadas em estruturas de alto desempenho. Entretanto, os compósitos poliméricos podem apresentar mecanismos de degradação quando expostos a ambientes agressivos como a elevada temperatura e umidade e também, a radiação ultravioleta. Neste sentido, o objetivo do presente trabalho é avaliar a influência do condicionamento higrotérmico e da radiação ultravioleta na propriedade mecânica de resistência ao cisalhamento interlaminar (ILSS) e no comportamento viscoelástico (DMTA) do compósito termoplástico de PEEK/fibra de carbono, assim como, avaliar a influência dos parâmetros de processamento na obtenção do compósito via moldagem por compressão a quente. Os resultados mostram que no processamento, a utilização constante de pressão durante a etapa de resfriamento do compósito é fundamental para a sua consolidação, refletindo no ensaio de resistência ao cisalhamento interlaminar (18,4 MPa). As análises viscoelásticas das amostras submetidas aos condicionamentos ambientais (higrotérmico e ultravioleta) mostram que o condicionamento que mais afetou o compósito foi o higrotérmico. As análises demonstraram que a temperatura de transição vítrea das amostras ensaiadas por condicionamento higrotérmico (Tg=115 C) foi muito afetada, comparativamente as amostras não condicionadas (Tg=147 C), indicando o efeito deletério do condicionamento higrotérmico nas amostras. / The use of thermoplastic matrix composites in the aerospace industry comes up with a strong tendency to use in airplane applications, because of potential low cost production, recyclability and making repairs facilities. Among the thermoplastic polymers used in composites, PEEK (poly(ether ether ketone)) has attracted considerable interest as an advanced engineering polymer due to its mechanical performance which reinforced with carbon fibers, provides mechanical strength characteristics desirable for use in high performance structures. However, polymeric composites can present degradation mechanisms when exposed to aggressive atmosphere such as high temperature and moisture, also ultraviolet (UV) radiation. This way, the aim of this study is to evaluate the influence of hygrothermal conditioning and ultraviolet radiation on the interlaminar shear strength (ILSS) mechanical property and the viscoelastic behavior (DMTA) of the PEEK/carbon fiber thermoplastic composite, and also to evaluate the processing parameters influence to make the composite via hot compression molding. The results show in this method that, the use of constant pressure is critical to its consolidation during the composite cooling step, reflecting the shear strength testing (18.4 MPa). The samples viscoelastic analysis subjected to the environmental conditioning (hygrothermal and UV) show that the hygrothermal conditioning the most affected the composite. Analysis showed that the samples glass transition temperature tested by hygrothermal conditioning (Tg=115 C) was very affected compared to non-conditioned samples (Tg=147 C), indicating the hygrothermal conditioning deleterious effect on the samples.
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Análise de estruturas planas reforçadas com fibras ativas viscoelásticas e matriz com modelo constitutivo hiperelástico: aplicações gerais em engenharia e biomecânica / Analysis of plane structures reinforced with active viscoelastic fibers and matrix with hyperelastic constitutive model: general applications in engineering and biomechanics

Friedel, Luiz Fernando de Oliveira 15 March 2016 (has links)
Neste trabalho apresenta-se uma formulação para modelagem não linear geométrica e não linear elástica de materiais compósitos através da imersão de elementos finitos de barra simples em elementos finitos triangulares do tipo chapa utilizando uma formulação inovadora do método dos elementos finitos baseada em posições. Essa formulação posicional utiliza funções de forma para aproximar grandezas definidas na Teoria da Elasticidade Não Linear e propõe que a energia específica de deformação e o potencial das cargas externas sejam escritos em função das posições nodais definidas a partir de uma função mudança de configuração. Assumindo as posições nodais valores atuais em cada nó, esse método considera naturalmente a não linearidade geométrica, ao passo que relações não lineares entre tensão e deformação podem ser consideradas através de uma teoria elástica não linear denominada hiperelasticidade que permite obter leis constitutivas linearizadas em formato variacional. Utilizando malhas independentes para os elementos de barras e chapa, a técnica para a imersão das barras adota funções de forma para escrever a posição de qualquer ponto de um elemento de barra em função dos nós dos elementos de chapa, não ocorrendo, portanto, nem o aumento do número de graus de liberdade nem a necessidade de que os nós dos elementos de barra coincidam com os nós dos elementos de chapa. Além disso, nesse trabalho propõe-se também uma formulação posicional para os elementos de barra simples que utiliza uma medida de deformação chamada de não linear de engenharia, a qual permite introduzir facilmente um comportamento tanto ativo quanto viscoso nos elementos de barra imersos. As formulações propostas são idealizadas para a modelagem de tecidos musculares, não estando, no entanto, limitadas somente a esse tipo de aplicação. Os quatro primeiro exemplos escolhidos são casos simples, alguns inclusive com soluções analíticas, e são destinados principalmente à validação das formulações apresentadas. Através da modelagem de uma estrutura formada por braço e antebraço, o quinto e último exemplo demonstra as potencialidades dos conceitos trabalhados e das formulações propostas durante este trabalho. / This work presents a formulation for material and geometrical nonlinear analysis of composite materials by immersion of truss finite elements into triangular 2D solid ones using a novel formulation of the finite element method based on positions. This positional formulation uses the shape functions to approximate some quantities defined in the Nonlinear Theory of Elasticity and proposes to describe the specific strain energy and the potential of the external loads as function of nodal positions which are set from a deformation function. Because the nodal positions have current values in each node, this method naturally considers the geometric nonlinearities while the nonlinear relationships between stress and strain may be considered by a pure nonlinear elastic theory called hyperelasticity which allows to obtain linearized constitutive laws in its variational form. If independent meshes are used for the truss elements and for the 2D solid elements, the immersion technique of the trusses adopts shape functions to write the position of any point of a truss as a function of the nodal positions of the 2D solid elements, therefore there is neither an increase in the number of degrees of freedom nor the need that the nodes of the trusses elements coincide with the nodes of the 2D solid elements. Moreover, this work also proposes a positional formulation for the truss elements using a so called nonlinear engineering strain which allows to easily introduce both active and viscous behavior in the immersed truss elements. The proposed formulations are idealized for muscle tissue modeling, however they are not limited only to this type of application. The first 4 chosen examples are simple cases, some of them even with analytical solutions, mainly for validation purposes of the presented formulations. By modeling a structure formed by an arm and an forearm, the 5th and last example shows the potentialities of the concepts and proposed formulations during this work.
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Análise de estruturas planas reforçadas com fibras ativas viscoelásticas e matriz com modelo constitutivo hiperelástico: aplicações gerais em engenharia e biomecânica / Analysis of plane structures reinforced with active viscoelastic fibers and matrix with hyperelastic constitutive model: general applications in engineering and biomechanics

Luiz Fernando de Oliveira Friedel 15 March 2016 (has links)
Neste trabalho apresenta-se uma formulação para modelagem não linear geométrica e não linear elástica de materiais compósitos através da imersão de elementos finitos de barra simples em elementos finitos triangulares do tipo chapa utilizando uma formulação inovadora do método dos elementos finitos baseada em posições. Essa formulação posicional utiliza funções de forma para aproximar grandezas definidas na Teoria da Elasticidade Não Linear e propõe que a energia específica de deformação e o potencial das cargas externas sejam escritos em função das posições nodais definidas a partir de uma função mudança de configuração. Assumindo as posições nodais valores atuais em cada nó, esse método considera naturalmente a não linearidade geométrica, ao passo que relações não lineares entre tensão e deformação podem ser consideradas através de uma teoria elástica não linear denominada hiperelasticidade que permite obter leis constitutivas linearizadas em formato variacional. Utilizando malhas independentes para os elementos de barras e chapa, a técnica para a imersão das barras adota funções de forma para escrever a posição de qualquer ponto de um elemento de barra em função dos nós dos elementos de chapa, não ocorrendo, portanto, nem o aumento do número de graus de liberdade nem a necessidade de que os nós dos elementos de barra coincidam com os nós dos elementos de chapa. Além disso, nesse trabalho propõe-se também uma formulação posicional para os elementos de barra simples que utiliza uma medida de deformação chamada de não linear de engenharia, a qual permite introduzir facilmente um comportamento tanto ativo quanto viscoso nos elementos de barra imersos. As formulações propostas são idealizadas para a modelagem de tecidos musculares, não estando, no entanto, limitadas somente a esse tipo de aplicação. Os quatro primeiro exemplos escolhidos são casos simples, alguns inclusive com soluções analíticas, e são destinados principalmente à validação das formulações apresentadas. Através da modelagem de uma estrutura formada por braço e antebraço, o quinto e último exemplo demonstra as potencialidades dos conceitos trabalhados e das formulações propostas durante este trabalho. / This work presents a formulation for material and geometrical nonlinear analysis of composite materials by immersion of truss finite elements into triangular 2D solid ones using a novel formulation of the finite element method based on positions. This positional formulation uses the shape functions to approximate some quantities defined in the Nonlinear Theory of Elasticity and proposes to describe the specific strain energy and the potential of the external loads as function of nodal positions which are set from a deformation function. Because the nodal positions have current values in each node, this method naturally considers the geometric nonlinearities while the nonlinear relationships between stress and strain may be considered by a pure nonlinear elastic theory called hyperelasticity which allows to obtain linearized constitutive laws in its variational form. If independent meshes are used for the truss elements and for the 2D solid elements, the immersion technique of the trusses adopts shape functions to write the position of any point of a truss as a function of the nodal positions of the 2D solid elements, therefore there is neither an increase in the number of degrees of freedom nor the need that the nodes of the trusses elements coincide with the nodes of the 2D solid elements. Moreover, this work also proposes a positional formulation for the truss elements using a so called nonlinear engineering strain which allows to easily introduce both active and viscous behavior in the immersed truss elements. The proposed formulations are idealized for muscle tissue modeling, however they are not limited only to this type of application. The first 4 chosen examples are simple cases, some of them even with analytical solutions, mainly for validation purposes of the presented formulations. By modeling a structure formed by an arm and an forearm, the 5th and last example shows the potentialities of the concepts and proposed formulations during this work.

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