Em problemas de viscoelasticidade computacional, a discretização espacial para a solução global das equações de equilíbrio é acoplada à discretização temporal para a solução de um problema de valor inicial local do fluxo viscoelástico. É demonstrado que este acoplamento espacial-temporal (ou global-local) éconsistente se o tensor de deformação total, agindo como elemento acoplador, tem uma aproximação de ordem p ao longo do tempo igual à ordem de convergência do método de integração de Runge-Kutta (RK). Para a interpolação da deformação foram utilizados polinômios baseados em soluções obtidas nos tempos tn+1, tn, . . ., tn+2−p, p ≥ 2, fornecendo dados consistentes de deformação nos estágios do RK. Em uma situação onde tal regra para a interpolação da deformação não é satisfeita, a integração no tempo apresentará, consequentemente, redução de ordem, baixa precisão e, por conseguinte, eficiência inferior. Em termos gerais, o propósito é generalizar esta condição de consistência proposta pela literatura, formalizando-a matematicamente e o demonstrando através da utilização de métodos de Runge-Kutta diagonalmente implícitos (DIRK) até ordem p = 4, aplicados a modelos viscoelásticos não-lineares sujeitos a deformações finitas. Através de exemplos numéricos, os algoritmos de integração temporal adaptados apresentaram ordem de convergência nominal e, portanto, comprovam a validade da formalização do conceito de interpolação consistente da deformação. Comparado com o método de integração de Euler implícito, é demonstrado que os métodos DIRK aqui aplicados apresentam um ganho considerável em eficiência, comprovado através dos fatores de aceleração atingidos. / In computational viscoelasticity, spatial discretization for the solution of the weak form of the balance of linear momentum is coupled to the temporal discretization for solving a local initial value problem (IVP) of the viscoelastic flow. It is shown that this spatial- temporal (or global-local) coupling is consistent if the total strain tensor, acting as the coupling agent, exhibits the same approximation of order p in time as the convergence order of the Runge-Kutta (RK) integration algorithm. To this end we construct interpolation polynomials based on data at tn+1, tn, . . ., tn+2−p, p ≥ 2, which provide consistent strain data at the RK stages. If this novel rule for strain interpolation is not satisfied, time integration shows order reduction, poor accuracy and therefore less efficiency. Generally, the objective is to propose a generalization of this consistency idea proposed in the literature, formalizing it mathematically and testing it using diagonally implicit Runge-Kutta methods (DIRK) up to order p = 4 applied to a nonlinear viscoelasticity model subjected to finite strain. In a set of numerical examples, the adapted time integrators obtain full convergence order and thus approve the novel concept of consistency. Substantially high speed-up factors confirm the improvement in the efficiency compared with Backward Euler algorithm.

Fluidos Não-newtonianos estão presentes em grande quantidade na natureza e em muitas aplicações industriais. Tais fluidos apresentam uma variedade de comportamentos específicos. Dentre eles podemos citar: elasticidade, plasticidade, viscosidade variando com a taxa de deformação, tixotropia. Esta tese de doutorado apresenta um recente modelo para Fluidos Estruturados Tixotrópicos (de Souza Mendes, 2009), no qual baseasse nas tradicionais equações de balanço de momentum e massa, em uma equação constitutiva de Maxwell-b modificada e uma equação de evolução para o nível de estrutura do material. Na equação constitutiva de Maxwell-b modificada, tempo de relaxação e viscosidade estrutural são funções da estrutura do material. A equação evolutiva para o parâmetro de estruturação prevê efeitos de tixotropia, dependentes do tempo de equilíbrio do material. As equações que constituem o modelo mecânico para Fluidos Estruturados Tixotrópicos são aproximadas numericamente através do Método de Elementos Finitos de Galerkin Mínimos-quadrados (GLS). Tal método adicionou termos dependentes de malha ao método clássico de Galerkin, de forma a aumentar a estabilidade da formulação original, proporcionando compatibilizar os sub-espaços de velocidade e pressão. São investigados escoamentos creeping flow de Fluidos Estruturados Tixotrópicos em dois problemas clássicos de engenharia: em torno de um cilindro confinado entre duas placas e em uma expansão planar abrupta. Parâmetros relevantes ao modelo são variados em faixas pertinentes ao problema físico simulado e os resultados demonstraram uma boa capacidade de previsão. / Non-Newtonian fluids are present in large quantities in nature and in many industrial applications. Such fluids exhibit a variety of specific behaviors. Among them we can mention: elasticity, plasticity, viscosity varying with the strain rate, thixotropy, etc. This thesis presents a new model for thixotropic Structured Fluids (de Souza Mendes, 2009), in which were a basis in traditional balance equations of mass and momentum, the constitutive equation of Maxwell-type and an evolution equation for the level structure of the material. In the modified constitutive equation of Maxwell-b, relaxation time and structural viscosity are functions of material structure. The structure parameter evolutive equation provides effects of thixotropy, dependent on the equilibration time of the material. The equations which constitute the mechanical model for Structured Thixotropic fluids are approximated numerically using the Galerkin Least-squares Finite Element Method (GLS). Such a method added mesh dependent terms to the classical method of Galerkin in order to increase the stability of the original formulation, providing compatibility between sub-spaces of velocity and pressure. Are investigated Structured Thixotropic Fluids creeping flow in two classical problems in engineering: around a cylinder confined between two plates and in a planar abrupt expansion. Relevant parameters to the model are varied in pertinent ranges to physical problem simulated and the results demonstrated a good predictive capability.

Neste trabalho estudamos a interação de dois tipos de nanopartículas de prata metálica, obtidas pelo processo de poliol (IQUSP) e pelo método eletrolítico (Khemia®), em células de músculo liso. Um extenso trabalho de caracterização foi realizado, descrevendo a natureza físico-química dessas nanopartículas. Medidas de absorção óptica mostraram que as nanopartículas exibem bandas suaves em torno de 400 nm, região do azul do espectro eletromagnético, devido à ressonância dos plasmons de superfície, evidenciando a tendência à agregação com o tempo. Microscopia eletrônica de transmissão foi realizada para obter as imagens das nanopartículas em micrografias. Histogramas foram construídos para determinar o tamanho das NPs e o índice de polidispersividade. Espectros de EDS foram obtidos para a caracterização química das amostras. Difratogramas de raios X foram obtidos para as AgNPs. Os picos de difração foram indexados e revelaram uma única fase cristalina da prata, com estrutura cúbica e estado de oxidação, Ag0. Com o auxílio desses difratogramas, foram calculados o parâmetro de rede e a distância interplanar dos planos de difração. Utilizando a equação de Scherrer e um ajuste gaussiano dos picos de Ag mostrados nos difratogramas de raios X, foi possível obter o tamanho do cristalito para nanopartículas IQUSP. Experimentos de DLS mostraram distribuição de número monomodal para AgNPs Khemia® e, para AgNPs IQUSP lavadas, distribuição bimodal, estimando-se a distribuição de número e tamanho. Os resultados mostraram que a distribuição dominante é sempre para raios menores, sugerindo partículas menores que se agregam com o tempo e formam maiores dimensões. Resultados de SAXS mostraram que as amostras fornecem boa intensidade de espalhamento. Utilizando modelos teóricos foram calculados o raio médio da distribuição, polidispersividade e raio de giro. Os dados revelaram que as nanopartículas IQUSP possuem um raio maior que as AgNPs Khemia® e não apresentaram agregação. Em contrapartida, AgNPs Khemia® apresentaram maior agregação, com polidispersividade relativa de 72%. Para AgNPs IQ--USP, análises de SAXS forneceram tamanho de partícula comparável a TEM e bastante diferente de DLS. As medidas de SAXS para AgNPs Khemia® mostram diferenças com as medidas de TEM e DLS. Ficou evidente o efeito da agregação, que tem influências desde o preparo das amostras até o tempo de realização das medidas. Testes de citotocixidade e estudos de análise morfológica por microscopia de fluorescência evidenciaram as características citotóxicas de cada nanopartícula. Os resultados apresentados pela análise morfológica realizada com microscopia de fluorescência concordam com os testes de citotoxicidade. AgNPs IQUSP mostraram alta toxicidade até a concentração 9.37 mg/mL, onde as células são apresentadas com fragmentação nuclear. Em concentrações mais baixas, as AgNPs IQUSP exibiram características morfológicas comparáveis ao grupo controle. Por sua vez, AgNPs Khemia® mostram alta toxicidade até a concentração 1.37 mg/mL, com índice IC50 variando na faixa de 1.3 a 6.7 mg/mL. Foi possível observar que concentrações mais altas induzem à fragmentação nuclear, desencadeando processos como apoptose e necrose. Experimentos utilizando a técnica de OMTC demonstraram que as diferentes concentrações de nanopartículas de prata podem modificar a rigidez celular. Isto é evidenciado quando comparamos o grupo controle com os demais grupos, com as diferentes concentrações de NPs. Para concentrações mais altas de nanopartículas, verificou-se um aumento da viscoelasticidade. Os dois tipos de nanopartículas estudadas apresentaram mudanças nas propriedades mecânicas, mas as AgNPs Khemia® apresentaram um maior aumento na viscoelasticidade nas diferentes concentrações de NPs. Essa mudança na viscoelasticidade foi explicada como sendo devido à maior disponibilidade do cálcio, liberado por células apoptóticas, o qual é utilizado no complexo miosina-actina para gerar contração muscular. / In this work we study the interaction of two types of metallic silver nanoparticles, obtained by the polyol process (IQUSP) and the electrolytic method (Khemia®), in smooth muscle cells. An extensive characterization work was carried out, describing the physico-chemical nature of these nanoparticles. Optical absorption measurements showed that nanoparticles exhibit smooth bands around 400 nm, the blue region of the electromagnetic spectrum, due to the resonance of the surface plasmons, evidencing the tendency to aggregate with time. Transmission electron microscopy was performed to obtain images of the nanoparticles in micrographs. Histograms were constructed to determine the size of NPs and the index of polydispersity. EDS spectra were obtained for the chemical characterization of the samples. X-ray diffraction patterns were obtained for the AgNPs. The diffraction peaks have been indexed and showed a single crystal layer of silver, with cubic structure and oxidation state, Ag0. By means of these diffractograms, the network parameter and the interplanar distance of the diffraction planes were calculated. Using the Scherrer equation and a Gaussian fit of the Ag peaks shown in the X-ray diffractograms, it was possible to obtain the crystallite size for IQ-USP nanoparticles. DLS experiments showed monomodal number distribution for Khemia® AgNPs and, for washed IQUSP AgNPs, bimodal distribution, estimating the number and size distribution. The results showed that the dominant distribution is always for smaller rays, suggesting smaller particles that aggregate with time and form larger dimensions. SAXS results showed that the samples provide good scattering intensity. Using the theoretical models, the average radius of the distribution, polydispersity and radius of gyration were calculated. The data revealed that the IQUSP nanoparticles have a larger radius than the Khemia® and did not show aggregation. In contrast, Khemia® AgNPs showed higher aggregation, with 72% relative polydispersity. For IQ-USP AgNPs, SAXS analyzes provided particle size comparable to TEM and quite different from DLS. SAXS measurements for Khemia® AgNPs show differences with TEM and DLS measurements. It was evident the effect of the aggregation that has influences from the sample preparation until the time of performing the measurements. Cytotoxicity tests and morphological analysis studies by fluorescence microscopy evidenced the cytotoxic characteristics of each nanoparticle. The results presented by the morphological analysis performed with fluorescence microscopy agree with the cytotoxicity tests. IQ-USP nanoparticles showed high toxicity up to the concentration of 9.37 mg/mL, where the cells are presented with nuclear fragmentation. At lower concentrations, the IQUSP AgNPs exhibited morphological characteristics comparable to the control group. In addition, Khemia® AgNPs show high toxicity up to the concentration of 1.37 mg/mL, with IC50 in the range of 1.3 to 6.7 mg/mL. It was possible to observe that higher concentrations induce nuclear fragmentation, triggering processes such as apoptosis and necrosis. Experiments using the OMTC technique demonstrated that different concentrations of silver nanoparticles can modify cell stiffness. This is evidenced when we compare the control group with the other groups, with the different concentrations of NPs. For higher concentrations of nanoparticles, there was an increase in viscoelasticity. The two types of nanoparticles studied showed changes in mechanical properties, but Khemia® AgNPs showed a greater increase in viscoelasticity at different concentrations. This change in viscoelasticity was explained to be due to the increased availability of calcium, released by apoptotic cells, which is used in the myosin-actin complex to generate muscle contraction.

Apresenta-se neste trabalho uma metodologia consistente e eficiente para análise de estruturas de concreto sob o efeito do tempo. A metodologia exposta é baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF). É mostrado como se analisar estruturas de concreto através do MEF, considerando na equação constitutiva dos elementos, os fenômenos viscoelásticos. A solução para este problema, denominado análise incremental quase-estática, pode ser obtida determinando os campos de tensões, deslocamentos e deformações num dado instante a partir de seus valores conhecidos no instante anterior. Aqui, efetua-se a análise incremental através de um Algoritmo de Integração de Tensões (AIT) com a ajuda de uma rotina computacional baseada no MEF. A Função de Fluência utilizada neste trabalho, além de ser muito eficiente segundo uma metodologia através do MEF, permite facilmente o seu ajuste a quaisquer dados experimentais, ou mesmo aproximar qualquer função de fluência de normas ou códigos. Outra característica crucial é que a integração das tensões não exige o armazenamento computacional de todas as variáveis dependentes do histórico de tensão em um determinado instante, facilitando significantemente a análise ou a retro-análise de estruturas de concreto. Vale ressaltar que ao longo do texto são feitas algumas discussões e comparações do emprego da Função de Fluência proposta com a função da NBR-6118:2003. Também é apresentada uma outra consistente metodologia para a análise de um elemento finito de cabo com escorregamento, onde são discutidas uma formulação geometricamente exata e a implementação computacional de um elemento finito de cabo através do MEF, que permite o escorregamento em presença de atrito. Este elemento fornece procedimentos naturais para simular o processo de montagem e a resposta aos carregamentos de estruturas de cabos em geral, além de ter campos promissores de aplicação no modelamento de estruturas de concreto protendido, das tenso-estruturas e das estruturas de pontes. Também, ao longo do texto são discutidos e apresentados resultados de exemplos elementares com a finalidade de verificar a eficiência da metodologia abordada. / In this work, an efficient and accurate methodology to analyze the effects of time in concrete structures is presented. This methodology is based on the Finite Elements Method (FEM), and it is shown how to perform the finite element analysis on concrete framed structures taking into account the viscoelasticity phenomenon in the formulation of the constitutive equation. The solution for such problem, called quasi-static incremental analysis, may be resolved by establishing the stresses, displacements and deformations fields at specific time from their known values on the previous moment. In this work, the incremental analysis is performed by using an algorithm of stresses integration written into a computational procedure based on the FEM. The Creep Function used in this work, besides being very efficient according to the methodology based on the MEF, it may be, easily, adjusted to any real experiment data or to any creep function presented on codes. Another important characteristic is that such creep function does not demand the computational storage of all the history of stresses variables in a specified time, resulting in an effortless analysis and back-analysis of concrete framed structures. Needless to write that some discussions and judgments against the creep function presented on the NBR-6118:2003 will be performed in order to justify the efficiency of the creep function proposed. Another consistent methodology for the analysis of a fully nonlinear sliding cable element with friction is also presented. It is discussed an accurate geometrically nonlinear formulation and the computational implementation of cable elements based on FEM that incorporates sliding with friction in a simple manner. The cable element may furnish natural procedures to simulate the process of construction assembly, and the results of time-dependent loads on such structures. Furthermore, the presented methodology has promising fields of application in modeling pre-stressed concrete, tensioned cables structures, membranes, stayed and suspended bridges. Along the text, it is presented some examples analysis in order to verify the methodology efficiency.

Para representar o comportamento de compressão dos resíduos sólidos urbanos (RSU), têm-se utilizado teorias da mecânica dos solos (adensamento de argilas, estado crítico ou solo reforçado com fibras) ou modelos que representam a biodegradação dos materiais orgânicos, assim como ajustes empíricos de dados de monitoramento de campo a funções matemáticas. Algumas tentativas vêm sendo realizadas para descrever todos os diversos mecanismos de compressão a que estão submetidos os maciços sanitários. Esta pesquisa investiga a capacidade de dois modelos viscoelásticos para prever o comportamento de RSU submetidos a carregamento vertical constante sem deformação lateral. O primeiro é o modelo tridimensional de Kelvin-Voigt, que foi aplicado para compressão confinada, e o segundo baseia-se na junção em série de dois corpos de Kelvin-Voigt. Os parâmetros elásticos do primeiro modelo são: módulo de cisalhamento G , módulo de elasticidade E, módulo volumétrico k e coeficiente de Poisson v, os quais podem ser expressos pelo módulo edométrico M; o parâmetro viscoso foi denominado H3. No segundo modelo, há dois parâmetros elásticos, M1 e M2, e dois parâmetros viscosos, H4 e H5. Utilizaram-se dados da literatura de ensaios de campo (sobrecarga por aterro de solo compactado e ensaio de placa) e laboratório (ensaio de adensamento edométrico), para estimar os parâmetros e avaliar a capacidade dos modelos de prever a evolução dos recalques de RSU em compressão confinada. O primeiro modelo viscoelástico não conseguiu representar adequadamente os ensaios de laboratório, enquanto o segundo modelo proporcionou boa aderência das curvas teóricas aos dados experimentais, tanto de campo como de laboratório, com coeficientes de determinação r² maiores ou iguais a 0,87. Os valores dos parâmetros elásticos M do primeiro modelo e M1 M2 foram estimados entre 0,80 e 6,65 MPa. Os parâmetros viscosos H3 do primeiro modelo e H4 e H5 do segundo modelo apresentaram variação de ordens de grandeza. Esta grande variação pode ser devida à diferente composição dos resíduos, como também de poder ter ocorrido uma contribuição significativa da biodegradação no ensaio de campo de maior duração (600 dias), incorporando a perda de massa sólida ao parâmetro viscoso. Os valores de H3, H4 e H5 nos ensaios de laboratório foram estimados na ordem de 10-¹ a 106 kPa.dia, sendo o parâmetro H4 de 2,5 a 142 vezes o valor de H5. A estimativa dos parâmetros viscosos deve ser melhorada pela aplicação do segundo modelo viscoelástico a mais ensaios, procurando correlacionar as faixas de valores a características do material, como a composição e a idade dos RSU. / Compression of municipal solid waste (MSW) has been represented by theories of soil mechanics (consolidation of clays, critical state or soil reinforcement with fibers), by models based on the degradation of organic matter, and by empirical fittings of field monitoring data to mathematical functions. Some attempts have been made to describe all compression mechanisms to which MSW masses are subjected. This research investigates the efficiency of two viscoelastic models to predict MSW compression under a constant vertical load without lateral deformation. The first is the three-dimensional Kelvin-Voigt model, which was simplified to confined compression, and the second results from linking in series two Kelvin-Voigt bodies. The elastic parameters of the first model are: the shear modulus G, modulus of elasticity E, volumetric modulus k and Poisson\'s ratio v, which can be expressed by the edometric modulus M; the viscous parameter was named H3. The second model has two elastic parameters, M1 and M2, and two viscous parameters, H4 and H5. Data from field and laboratory tests were used to estimate parameters and to evaluate the efficiency of the two models in predicting the evolution of MSW settlements in confined compression. The first viscoelastic model could not adequately represent the laboratory tests, while the second model provided good adhesion of the theoretical curves to field and laboratory data, with determination coefficients r² equal or higher than 0.87. The values of the elastic parameters M of the first model and M1 and M2 of the second model were estimated between 0.80 and 6.65 MPa. Viscous parameters H3 of the first model and H4 and H5 of the second model varied in a large range of values. This variation may be due to the different composition of the waste, but also a significant contribution of biodegradation in the longer field trial (600 days) may have occurred, incorporating loss of solid matter to the viscous parameter. The values of H3 , H4 and H5 in laboratory tests were estimated in the order of 10-1 to 106 kPa.dia, with H4 parameter 2.5 to 142 times higher than H5. The evaluation of the viscous parameters could be improved by the application of the second viscoelastic model to a greater number of tests in order to correlate ranges of values to MSW composition and age.

Em problemas de viscoelasticidade computacional, a discretização espacial para a solução global das equações de equilíbrio é acoplada à discretização temporal para a solução de um problema de valor inicial local do fluxo viscoelástico. É demonstrado que este acoplamento espacial-temporal (ou global-local) éconsistente se o tensor de deformação total, agindo como elemento acoplador, tem uma aproximação de ordem p ao longo do tempo igual à ordem de convergência do método de integração de Runge-Kutta (RK). Para a interpolação da deformação foram utilizados polinômios baseados em soluções obtidas nos tempos tn+1, tn, . . ., tn+2−p, p ≥ 2, fornecendo dados consistentes de deformação nos estágios do RK. Em uma situação onde tal regra para a interpolação da deformação não é satisfeita, a integração no tempo apresentará, consequentemente, redução de ordem, baixa precisão e, por conseguinte, eficiência inferior. Em termos gerais, o propósito é generalizar esta condição de consistência proposta pela literatura, formalizando-a matematicamente e o demonstrando através da utilização de métodos de Runge-Kutta diagonalmente implícitos (DIRK) até ordem p = 4, aplicados a modelos viscoelásticos não-lineares sujeitos a deformações finitas. Através de exemplos numéricos, os algoritmos de integração temporal adaptados apresentaram ordem de convergência nominal e, portanto, comprovam a validade da formalização do conceito de interpolação consistente da deformação. Comparado com o método de integração de Euler implícito, é demonstrado que os métodos DIRK aqui aplicados apresentam um ganho considerável em eficiência, comprovado através dos fatores de aceleração atingidos. / In computational viscoelasticity, spatial discretization for the solution of the weak form of the balance of linear momentum is coupled to the temporal discretization for solving a local initial value problem (IVP) of the viscoelastic flow. It is shown that this spatial- temporal (or global-local) coupling is consistent if the total strain tensor, acting as the coupling agent, exhibits the same approximation of order p in time as the convergence order of the Runge-Kutta (RK) integration algorithm. To this end we construct interpolation polynomials based on data at tn+1, tn, . . ., tn+2−p, p ≥ 2, which provide consistent strain data at the RK stages. If this novel rule for strain interpolation is not satisfied, time integration shows order reduction, poor accuracy and therefore less efficiency. Generally, the objective is to propose a generalization of this consistency idea proposed in the literature, formalizing it mathematically and testing it using diagonally implicit Runge-Kutta methods (DIRK) up to order p = 4 applied to a nonlinear viscoelasticity model subjected to finite strain. In a set of numerical examples, the adapted time integrators obtain full convergence order and thus approve the novel concept of consistency. Substantially high speed-up factors confirm the improvement in the efficiency compared with Backward Euler algorithm.

Fluidos Não-newtonianos estão presentes em grande quantidade na natureza e em muitas aplicações industriais. Tais fluidos apresentam uma variedade de comportamentos específicos. Dentre eles podemos citar: elasticidade, plasticidade, viscosidade variando com a taxa de deformação, tixotropia. Esta tese de doutorado apresenta um recente modelo para Fluidos Estruturados Tixotrópicos (de Souza Mendes, 2009), no qual baseasse nas tradicionais equações de balanço de momentum e massa, em uma equação constitutiva de Maxwell-b modificada e uma equação de evolução para o nível de estrutura do material. Na equação constitutiva de Maxwell-b modificada, tempo de relaxação e viscosidade estrutural são funções da estrutura do material. A equação evolutiva para o parâmetro de estruturação prevê efeitos de tixotropia, dependentes do tempo de equilíbrio do material. As equações que constituem o modelo mecânico para Fluidos Estruturados Tixotrópicos são aproximadas numericamente através do Método de Elementos Finitos de Galerkin Mínimos-quadrados (GLS). Tal método adicionou termos dependentes de malha ao método clássico de Galerkin, de forma a aumentar a estabilidade da formulação original, proporcionando compatibilizar os sub-espaços de velocidade e pressão. São investigados escoamentos creeping flow de Fluidos Estruturados Tixotrópicos em dois problemas clássicos de engenharia: em torno de um cilindro confinado entre duas placas e em uma expansão planar abrupta. Parâmetros relevantes ao modelo são variados em faixas pertinentes ao problema físico simulado e os resultados demonstraram uma boa capacidade de previsão. / Non-Newtonian fluids are present in large quantities in nature and in many industrial applications. Such fluids exhibit a variety of specific behaviors. Among them we can mention: elasticity, plasticity, viscosity varying with the strain rate, thixotropy, etc. This thesis presents a new model for thixotropic Structured Fluids (de Souza Mendes, 2009), in which were a basis in traditional balance equations of mass and momentum, the constitutive equation of Maxwell-type and an evolution equation for the level structure of the material. In the modified constitutive equation of Maxwell-b, relaxation time and structural viscosity are functions of material structure. The structure parameter evolutive equation provides effects of thixotropy, dependent on the equilibration time of the material. The equations which constitute the mechanical model for Structured Thixotropic fluids are approximated numerically using the Galerkin Least-squares Finite Element Method (GLS). Such a method added mesh dependent terms to the classical method of Galerkin in order to increase the stability of the original formulation, providing compatibility between sub-spaces of velocity and pressure. Are investigated Structured Thixotropic Fluids creeping flow in two classical problems in engineering: around a cylinder confined between two plates and in a planar abrupt expansion. Relevant parameters to the model are varied in pertinent ranges to physical problem simulated and the results demonstrated a good predictive capability.

Os modos de interação de silsesquioxano poliédrico oligomérico (POSS) de gaiolas fechadas com distintos grupos funcionais foram avaliados na nanoestruturação de polipropileno isotático (iPP) via processamento reativo. Analisaram-se POSS com grupos substituintes isobutila, alila e vinila em concentrações de 0,5, 1, 2 e 5%m misturados a iPP fundido utilizando peróxido de dicumila (DCP) como iniciador. Na caracterização dos nanocompósitos foram utilizadas diversas técnicas. A morfologia foi avaliada através de cromatografia por exclusão de tamanho, espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier, microscopia de transmissão e difração de raios X. O comportamento viscoelástico dos materiais no estado fundido foi medido por reologia oscilatória e no estado sólido por análises dinâmico-mecânicas. As transições térmicas foram levantadas tanto por análises dinâmico-mecânicas como por calorimetria diferencial de varredura. Modificações morfológicas e viscoelásticas importantes foram observadas para os nanocompósitos em dependência do tipo e teor de POSS empregado. A adição do Octaisobutil-POSS (OI) sugere ação estabilizante radicalar e lubrificante para este POSS. Os efeitos da incorporação do Alilisobutil-POSS (AL) indicam que este atuou como agente plastificante em função da concentração. Com Octavinil-POSS (OV) os nanocompósitos parecem adquirir estrutura ramificada ou interligada em dependência da concentração. A ativação radicalar promovida pelo DCP mostrou-se fundamental na enxertia de alguns POSS. Assim, a forma e intensidade das interações entre nanocargas e matriz foram definidas pelos grupos funcionais e concentração dos POSS. Alterações observadas na morfologia, propriedades térmicas e viscoelásticas são resultantes dessas formas e graus de interação. Deste modo, foi possível propor mecanismos de interação e arranjos morfológicos entre iPP, DCP e POSS pela avaliação do conjunto de resultados obtidos. / The interaction modes of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) of closed cages with distinct functional groups were evaluated on isotactic polypropylene (iPP) nanostructuration via reactive processing. POSS were analyzed with isobutyl, allyl and vinyl substituent groups in concentrations of 0.5, 1, 2 and 5m% mixed with melting iPP using dicumil peroxide (DCP) as initializer. Several techniques were used to characterize the nanocomposites. The morphology was evaluated through size exclusion chromatography, Fourier transformed infrared spectroscopy, transmission electron microscopy and X-ray diffraction. The samples viscoelastic behavior in melting state was measured by oscillatory rheometry and in solid state by dynamic mechanical analysis. The thermal transitions were obtained through dynamic mechanical analysis and differential scanning calorimetry. Important morphology and viscoelastic modifications were observed in nanocomposites by dependency on the type and content of POSS used. The addition of OctaIsobutyl-POSS (OI) suggests lubricant and radicalar stabilizing action for this POSS. The AllylIsobutyl-POSS (AL) incorporation effects indicate that this one acted as plasticizing agent in function of concentration. With OctaVinyl-POSS (OV), the nanocomposites seem to acquire ramified or interlinked structure in dependency on concentration. The radicalar activation promoted by DCP was decisive in the grafting efficiency for some POSS. Therefore, the mode and the interaction intensity between nanoparticles and polymeric matrix were defined by functional groups and POSS concentration. Changes observed in morphology, thermal and viscoelastic properties as in solid state as in melting state are results of these modes and interaction degrees. It was possible to propose interaction mechanisms and morphology arrangements among iPP, DCP and POSS by evaluation of the obtained results as a whole.

Orientador: Chang Tien Kiang / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-07-21T08:06:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_RobertoAntoniode_M.pdf: 4991211 bytes, checksum: 5589442988c0d931f4695f7becfca2ba (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Estudou-se os escoamentos multicamadas de polímeros no processo de fabricação de filmes planos. As soluções numéricas das equações de conservação juntamente com equações constitutivas foram obtidas pelo método de elementos finitos, utilizando o pacote comercial "Polyflow". Especificamente, analisou-se através de simulação numérica o processo de fabricação de filmes planos, contendo três camadas de polímeros (A, B e C) à base de poli(etileno tereftalato) (PET). A caracterização reológica das amadas realizou-se em fluxos de cisalhamento e elongacional, obtendo-se as propriedades materiais: viscosidade de cisalhamento, viscosidade elongacional e módulos dinâmicos. Estes dados experimentais permitiram o ajuste de equações constitutivas dos modelos de fluidos newtonianos generalizados e de fluidos viscoelásticos. Estudou-se diversas variáveis de processo, tais como ângulo de introdução das camadas, velocidades das camadas e geometria do canal no ponto de confluência das camadas, através de simulações bidimensionais e tridimensionais. Analisou-se também, o comportamento da interface entre as camadas que pode ocasionar o surgimento de instabilidades nesta região. Os modelos atuais, entretanto, apresentaram limitações para a simulação do processo de coextrusão em três dimensões, devido à incapacidade de descrever inequivocamente a região de contato da interface móvel com paredes rígidas / Abstract: Multilayer polymer flow in flat sheet production process was studied. Numerical solutions of conservation and constitutive equations were obtained by a commercial finite element code, "Polyflow". More specifically, the flat sheet production process was applied to three layers of polymers based on polyethylene terephtalate (A, B and C) by using numerical simulations. The rheological characterization of these layers was obtained in extensional and shear flows, in order to measure the material properties: elongational and shear viscosities and complex moduli. These experimental data allowed the adjustment of constitutive equations of generalized Newtonian and viscoelastic fiuid models. Many process variables were studied, including layers introduction angle, velocity and channel geometry of layer confluence region, in bidimensional and tridimensional simulations. The layers interfacial behavior, which can lead to instabilities in these regions, was also studied. Nevertheless, the current models showed limitations in the coextrusion process simulation in three dimension, due to their inability to describe the contact regions of the mobile interface on the walls / Mestrado / Ciencia e Tecnologia de Materiais / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Euclides de Mesquita Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T18:42:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_RenatoMarquesde_M.pdf: 29996661 bytes, checksum: 4ad59a26788d8dfab7be1c94a4ccce46 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho apresenta uma revisão e uma implementação numérica do método dos elementos finitos (MEF) no qual foram incluídos os chamados ¿elementos infinitos¿ visando a modelagem da condição de radiação de Sommerfeld ou do amortecimento geométrico em meios contínuos (visco-) elastodinâmico sem regime estacionário e cujos domínios são ilimitados. Após uma revisão geral sobre os tipos de elementos infinitos, o trabalho aborda formulações e implementações de elementos infinitos unidimensionais. Em particular são discutidos os elementos de decaimento exponencial e de mapeamento. Suas propriedades são investigadas através da modelagem da propagação de ondas em colunas ilimitadas de seção transversal variável, cônica e exponencial. Uma análise dos elementos infinitos propostos para tratamento de problemas multidimensionais segue à revisão da teoria da propagação de ondas em meios (visco-)elastodinâmicos. A análise bidimensional contida no trabalho utiliza um elemento de decaimento exponencial. As propriedades deste elemento são discutidas através da simulação da dinâmica de fundações rígidas, superficiais e engastadas, interagindo com solos modelados como semi-espaço, homogêneo e estratificado. Estas análises, de caráter inovador, revelam que o elemento escolhido é capaz de reproduzir acuradamente o comportamento de ondas não refletidas, se propagando ao infinito, ou seja a condição de radiação ou amortecimento geométrico / Abstract: The present thesis reports an overview and a numerical implementation of the Finite Element Method (FEM) in wich the so called ¿infinite elements¿ are included to model the Sommerfeld's radiation condition or the geometric damping in the stationary response of unbounded (visco-) elastic domains. Initially one dimensional infinite elements are formulated and implemented. The properties of the exponencial decay type and the mapping elements are investigated by means of the stationary response of semi-infinitecolumns of variable cross-section, conical and exponential. In the sequence the main issues of multidimensional (visco-) elastic wave propagation are presented, followed by a revision of the proposed infinite elements for two-and three dimensional analysis. For the two dimensional case a exponential decay type element is formulated and implemented. The properties of the 2D element are discussed on hand of the dynamic analysis of rigid foundations, surface and embeded, interacting with homogeneous and layered half-spaces. This rather innovative analysis reveals that the considered element is able to model accurately the rdiation condition on homogeneous and stratified unbounded domains / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica