Search

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior The occurrence of distortions of structures is common during welding. Such distortions are more severe in the case of large structures, such as shipbuilding. Since distortions can increase manufacturing costs and time during shipbuilding, a thorough study of causes and consequences of distortions is necessary. Therefore, this work aims to study the distortion phenomenon during welding processes and contribute to ship construction by using numerical and experimental techniques. This work can be split into two steps, in which factors that cause distortions were explored by using numerical approach. The first step was the investigation of distortion occurrence in simple structures, namely common joints employed in welding. The influence of joint type on thermal efficiency, restrictions (boundary conditions) on T joint, heat input and rotational-distortion geometry was also investigated. Afterwards, experimental runs for model calibration were carried out by using inverse method of Differential Evolution (DE) for estimating the parameter of Gaussian-heat distribution. Temperature fields were measured by thermocouples and infrared camera with previous emissivity calibration during weldments. The second step was the simulation of complex structures similar to panels made by thin plate and T joints (reinforcement) commonly found in naval construction. These complex structures are. The initial conditions for the simulation of complex structures were the forces calculated by simulation on the simple structures (basically T joints). This technique is called equivalent forces . The simulations were validated by experimental runs, in which a panel was welded and displacement measured by three-dimensional coordinate table. The results show a very good agreement between the simulations and experimental results for both temperature and displacements values. Durante o processo de soldagem é comum o aparecimento de distorções das estruturas que estão sendo fabricadas. Tais distorções são ainda mais severas em grandes estruturas como, por exemplo, na fabricação de navios. Uma vez que tais distorções podem aumentar o custo e o tempo da fabricação de tais embarcações, torna-se relevante um estudo mais detalhado das causas e consequências destas distorções em soldagem. Desta forma, este trabalho busca estudar o fenômeno das distorções no processo de soldagem e consequentemente, contribuir para construção naval, utilizando-se técnicas numérica e experimentais. O trabalho foi dividido em duas etapas, onde foram explorados fatores que causam distorções e abordagens numéricas para seu cálculo. A primeira etapa foi investigação da ocorrência de distorções em estruturas simples na forma de juntas comuns à soldagem. Verificou-se a influência do tipo de junta no rendimento térmico de soldagem, a influência das restrições ou fixações das chapas na junta em T e a influência do calor e da geometria na distorção rotacional. Em seguida, foram realizados ensaios experimentais para calibração do modelo através do método inverso para estimação do parâmetro de distribuição gaussiana da fonte de calor utilizando-se a técnica de Evolução Diferencial (ED). Foram também medidos os campos de temperatura com auxílio de termopares e com câmera infravermelha, utilizando-se de calibração prévia da emissividade do material durante a soldagem. A segunda etapa foi a simulação de estruturas complexas que são mais frequentemente encontradas na construção naval. Estas estruturas complexas são similares a painéis contendo chapa fina e juntas em T como reforço estrutural. As condições iniciais para a simulação das estruturas complexas foram as forças calculadas pela simulação de estruturas simples (basicamente juntas em T ). Esta abordagem é chamada de forças equivalentes . As simulações foram validades por ensaios experimentais, onde um painel foi soldado e as deformações medidas por uma mesa de coordenadas tridimensional. Os resultados demonstram concordância entre simulação e medição experimental tanto para os campos de temperatura, quanto para as deformações. Doutor em Engenharia Mecânica

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais The presence of bone loss is related to changes in the biomechanical behavior of endodontically treated teeth. The purpose of this study was to evaluate the effect of alveolar bone loss, ferrule presence and post type on the biomechanical behavior of endodontically treated maxillary canines restored with all-ceramic crowns. For the experimental analysis, forty upper human canines were selected and divided into 8 experimental groups according 3 treatment variations: bone support, without or with 5.0 mm of bone loss; ferrule presence, with or without 2.0mm of ferrule; and post type, restored with cast post and cores or glass fiber post. The restored canines were loaded at a 15- degree angle, and the deformation was measured using strain gauges placed on the buccal and proximal root surfaces. Strain results were analyzed by 3- way-ANOVA and Tukey HSD tests (α=.05). For the finite element analysis, eight 3-D models were created, following the same variations of the experimental analysis. The models were analyzed using the maximum principal stress criteria for stress distribution analysis. The presence of ferrule decreased significantly the buccal and proximal strain. The type of post showed slightly influence on the stress distribution. The presence of bone loss increased significantly the stress concentration and strain values in both regions mainly on root dentin and surrounding cortical bone. Can be possible to conclude that the presence of a ferrule improved the mechanical behavior, irrespective of the type of post. The 5.0mm of bone loss increased significantly the stress concentration and the strain on the root dentin. A perda de inserção óssea está relacionada a mudanças no comportamento biomecânico de dentes tratados endodonticamente. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da perda óssea alveolar, da presença de remanescente coronário e do tipo de retentor intra-radicular no comportamento biomecânico de caninos tratados endodonticamente e restaurados com cora em cerâmica pura. Para a análise experimental, quarenta caninos superiores foram selecionados e divididos em 8 grupos experimentais (n=10), de acordo com três fatores em estudo: suporte ósseo, ausência e presença de 5.0mm de perda óssea; remanescente coronário, ausência e presença de 2.0mm de remanescente coronário; e tipo de retentor, núcleo moldado e fundido e pino de fibra de vidro. Os caninos foram restaurados com cora em cerâmica pura reforçada por disilicato de lítio. As amostras foram submetidas ao carregamento de compressão a 15º em relação ao longo eixo do dente, e a deformação mensurada por extensômetros fixados nas superfícies radiculares vestibular e proximal. Os valores de deformação foram submetidos a Análise de variância fatorial 2X2X2 seguido pelo teste Tukey HSD (α=0,05). Para a análise de elementos finitos, oito modelos foram criados, simulando as mesmas variáveis da análise experimental. Todas as estruturas foram consideradas homogêneas e isotrópicas, a exceção do pino de fibra de vidro, considerado ortotrópico. Foi utilizado o critério de máxima tensão principal para análise de distribuição de tensões. A presença do remanescente coronário diminuiu significativamente a deformação vestibular e proximal. O tipo de pino mostrou pequena influência na distribuição de tensões. A presença da perda óssea aumentou significativamente a concentração de tensões, principalmente na dentina radicular e no osso cortical, e os valores de deformação em ambas as regiões mensuradas. Pode-se concluir que a presença de remanescente coronário dentinário melhorou o comportamento biomecânico, independente do tipo de pino. A presença da perda óssea alveolar de 5.0mm aumentou significativamente os valores de deformação e a concentração de tensões na dentina radicular. Mestre em Odontologia

The hydrodynamics and transport processes of the Peruvian marine region off Paita and Sechura is studied using a finite element model for open and limited regions, which allows analyzing the response in days and weeks of circulation, in opened and limited marine regions, forced mainly by wind fields, maintaining low frequency dynamics in the model. The Petrov-Galerkin variational formulation of the non-permanent governing equations is used to obtain the numerical solution of the approximate variables by linear polynomials in the domain discretized by triangular elements. Observational data of both the wind fields and the surface temperature have served to suggest hypotheses about the role of non-uniform winds on the surface dynamics of the region and the generation of cold plumes that are dispersed in a northwest direction. To clarify the response trends observed in the region, some numerical experiments have been carried out, considering schematic wind fields patterns, including northeast wind deflections in the northern side as observed. In this way, the dynamic sensitivity of the region is analyzed. The results confirm the role of non-uniform wind fields in the evolution of cold-water plumes, a characteristic of the region., Se estudia la hidrodinámica y los procesos de transporte de la región marina peruana frente a Paita y Sechura utilizando un modelo de elementos finitos para regiones abiertas y limitadas, que permite analizar la respuesta en días y semanas de la circulación, en regiones marinas abiertas y limitadas, forzadas principalmente por campos de viento, manteniendo la dinámica de baja frecuencia en el modelo. La formulación variacional de Petrov-Galerkin de las ecuaciones gobernantes no permanentes se usa para obtener la solución numérica de las variables aproximadas por polinomios lineales en el dominio discretizado por elementos triangulares. Los datos observados, tanto de los campos de viento como de la temperatura superficial han servido para sugerir hipótesis sobre el papel de los vientos no uniformes en la dinámica superficial de la región y la generación de plumas frías que se dispersan en dirección noroeste. Para aclarar las tendencias de respuesta observadas en la región, se han llevado a cabo algunos experimentos numéricos, considerando patrones esquemáticos de campos de viento, incluyendo las deflexioneshacia el noreste del viento en el lado norte, como fue observado. De esta forma, se analiza la sensibilidad dinámica de la región. Los resultados confirman el papel de los campos de viento no uniformes en la evolución de las plumas de agua fría, una característica de la región.

Este documento presenta la evaluación estructural del cuerpo de una aeronave ligera de categoría vla (masa máxima al despegue inferior o igual a 1200 kg), usando software de dinámica computacional de fluidos (cfd) para evaluar el comportamiento aerodinámico de la aeronave y el método de elementos finitos para evaluar su comportamiento estructural. Para su evaluación estructural la aeronave se dividió en cabina, cuerpo y superficies de vuelo (alas y empenaje). Los modelos completos de la aeronave fueron extraídos del modelo cad, elaborado con el software SolidWorks® para cada uno de los subcomponentes de la cabina, el cuerpo y las alas y el empenaje. A partir de los cálculos y simulaciones hechas, se concluyó que la estructura central de la aeronave soporta las fuerzas y momentos aerodinámicos, con valores de esfuerzos por debajo de los valores de fluencia del material y factores de seguridad entre 1.58 y 2.60. Sin embargo, se necesita reforzar la unión del ala al fuselaje para que disminuya el es- fuerzo localizado que se produce en esa zona. A diferencia de otros métodos reportados en la literatura que utilizan programas muy especializados y de altos costos, el procedimiento para evaluar la aerodinámica y la estructura central de una aeronave liviana categoría vla que se desarrolló en este estudio, hizo uso de programas de dominio público, en alrededor de 80 % en el proceso de análisis. This paper shows the structural evaluation of a vla category light aircraft (maximum take-off mass less than or equal to 1200 kg), using computational fluid dynamics (cfd) software to evaluate the aerodynamic behavior of the aircraft and the finite element method to evaluate its structural behavior. For its structural evaluation, the aircraft has been divided into cabin, body, and flight surfaces (wings and empennage). The complete models of the aircraft were extracted from the cad model made using SolidWorks® Software for each of the sub-components of the cockpit, body and wings, and the empennage. From the calculations and simulations performed, it was concluded that the central structure of the aircraft supports the aerodynamic forces and moments adequately, having values below the yield values of the material. However, it is necessary to reinforce the attachment of the wing to the fuselage to reduce the effort produced in that area. Unlike other methods reported in the literature that use very specialized and high-cost programs, the procedure to evaluate the aerodynamics and central structure of a vla category light aircraft that was developed in this study made use of public domain programs, at around 80 % of the analysis proces Este documento apresenta a avaliação estrutural do corpo de uma aeronave leve categoria vla (massa máxima de decolagem menor ou igual a 1200 kg), utilizando software de dinâmica de fluidos computacional (cfd) para avaliar o comportamento aerodinâmico da aeronave e o método de elementos finitos avaliar seu comportamento estrutural. Para sua avaliação estrutural, a aeronave foi dividida em cabine, corpo e superfícies de voo (asas e empenagem). Os modelos completos da aeronave foram extraídos do modelo cad elaborado com o software SolidWorks para cada um dos subcomponentes do cockpit, o corpo e as asas e a empenagem. Com base nos cálculos e simulações realizados, concluiu-se que a estrutura central da aeronave suporta as forças e momentos aerodinâmicos, com valores de tensão abaixo dos valores de escoamento do material e fatores de segurança entre 1,58 e 2,60. No entanto, é necessário reforçar a união da asa à fuselagem para reduzir o estresse localizado produzido nessa área. Diferentemente de outros métodos relatados na literatura que utilizam programas muito especializados e de alto custo, o procedimento de avaliação da aerodinâmica e da estrutura central de uma aeronave leve da categoria vla que foi desenvolvido neste estudo, fez uso de programas de domínio público, em cerca de 80 % processo de análise

A numerical-experimental approach to predict structural instability was developed to analyze thin composite tubes produced by filament winding subjected to external pressure. The divergence between mechanical properties characterized through standardized procedures and those of the manufactured component, influenced by imperfections and manufacturing peculiarities, was considered. A ring compression test and an inverse finite element analysis routine were used for material properties calibration. The routine was based on Tsai's master‐ply concept to deliver feasible constitutive properties values. Based on the numerical and experimental correlation, the implemented approach was considered effective and with good repeatability.

This paper presents the development of a nonlinear finite element analysis program for reinforced concrete structures, subject to monotonic loading, using thin flat shell finite elements. The element thickness is discretized in concrete and steel layers. It is adopted the Newton-Raphson method, considering a secant stiffness approach for the Material Nonlinear Analysis, based on the Modified Compression Field Model (MCFT), unlike the usual tangent stiffness approach. The original formulation was expanded to also consider the Geometric Nonlinear Analysis, through a Total Lagrangian Formulation. The program was validated through comparison with experimental results, for different structures. It was observed good agreement, besides adequate computational cost. resumo: O presente artigo apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta para a análise não-linear de estruturas de concreto armado, sujeitas a carregamentos monotônicos, utilizando o elemento finito de cascas finas e planas, o qual, é discretizado, ao longo da sua espessura, em lamelas de concreto e camadas de aço. É utilizado o método de Newton-Raphson, adotando, na consideração da não-linearidade física, a rigidez secante do material, baseada no modelo do campo de compressão modificado, no lugar da abordagem via rigidez tangente. A formulação original do elemento foi expandida para considerar também a não-linearidade geométrica, através de uma formulação Lagrangiana total. A validação da ferramenta é via comparação com resultados experimentais da literatura, para diversas estruturas, onde pode ser observada boa aderência além de adequado custo computacional.

La fractura frágil es un fallo que suele darse sin apenas deformación plástica previa y de modo instantáneo. No es tan común como los debidos a fatiga o de plastificación generalizada (dúctiles). Las teorías de fallo convencionales como la de Von Mises o Tresca no explican este tipo de casos: la Mecánica de la Fractura se encarga de su estudio. En este trabajo se analizan diversos casos de Mecánica de la Fractura, incluyendo modo I, modo II y modo mixto I y II. Se calcula el factor de intensidad de tensión que corresponda en cada caso, a partir de varios métodos: por un lado basados en fórmulas teóricas, y por otro haciendo uso de modelos de Elementos Finitos. Se expone también cómo debe modelizarse una grieta y su influencia en el proceso de mallado. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos para el factor de intensidad de tensión, comparando los teóricos con los extraídos a partir de Elementos Finitos, para poner fin al trabajo con las conclusiones. Este trabajo resulta de gran interés, entre otros ámbitos, para estimaciones de propagación de grieta, ya que el factor de intensidad de tensión es un parámetro básico en orden a estudiar el crecimiento de grieta. Brittle fracture is a failure that occurs with barely prior plastic deformation and instantly. It is not as common as fatigue or ductile collapses. Traditional theories of failure such as Von Mises or Tresca do not explain this kind of cases: Fracture Mechanics is responsible for them. In this work several cases of Fracture Mechanics are analyzed, covering mode I, mode II and mixed mode I and II. Stress Intensity Factor (SIF) is calculated for each case, applying: theorical expressions on the one hand, and Finite Element models on the other hand. Moreover, it is explained crack modeling and its influence on the mesh process. Finally, obtained results for the SIF are presented, making a comparison between those from theorical expressions and those from Finite Element, to close the work with the conclusions. This thesis may be helpful, among other areas, in order to estimate crack propagation, as SIF is a basic parameter for that purpose. Haustura hauskorra da bat-batean eta ia deformazio plastiko gabe jazotzen den hutsegitea. Ez da hain arrunta neke edo harikor motako hutsegiteekin konparatuz. Ohiko hutsegite teoriek, Von Mises edo Tresca esaterako, ez dituzte kolapso horiek azaltzen: Frakturaren Mekanika arduratzen da. Lan honetan Frakturaren Mekanikako zenbait kasu aztertzen dira, modu I, modu II eta modu misto I eta II barne hartuz. Kasu bakoitzerako kalkulatu egiten da tentsio intentsite faktorea, metodo ezberdinak baliatuz: alde batetik formula teorikoak, eta bestetik Elementu Finituko modeloak erabiliz. Halaber, pitzadura nola definitu behar den eta bere eragina sare prozesuan azaldu egiten da. Azkenik, tentsio intentsitate faktorerako lortu diren emaitzak erakusten dira, alderatuz formula teorikoek emandako baloreak eta Elementu Finituen bitartekoak; eta amaitzeko ondorioak aurkezten dira. Lan hau lagungarria izan daiteke, adibidez, pitzadura propagazioa estimatzeko, tentsio intentsitate faktorea oinarrizko parametro bat baita arlo horretan.

En el presente proyecto, se muestra el estudio y análisis por el método de elementos finitos de un piolet de alpinismo invernal. En este proyecto se encontrarán, además, nociones básicas para comprender la metodología seguida y el criterio de elección de los estudios realizados, así como el criterio de selección de los materiales. Realizar este proyecto, ha supuesto poner a prueba los conocimientos adquiridos durante el Grado. El resultado es satisfactorio pues se han integrado dichos conocimientos en el proyecto y se ha conseguido analizar con éxito el piolet así como optimizar sus materiales para hacerlo más resistente a los esfuerzos que sufre durante la práctica del alpinismo invernal., In the present proyect, its present the study of an alpinism invernal piolet by the finite element method. This proyect also contains the basic knowledge to understand the metodology that has been used and the election criterion of the analysis as well as the material selection criterion. Developing this proyect, has been suposed the integration of all the acquire knowledge in the Grade. The result is sucessfull because it has been an integration of these knowledge in adition to the achievement of analyse the piolet optimizing their materials in order to make it more resistant of the efforts in the practice of invernal alpinism., Departamento de Construcciones Arquitectónicas, Ingeniería del Terreno y Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de Estructuras, Grado en Ingeniería en Diseño Industrial y Desarrollo de Producto

Neste trabalho, os autores buscam representar, de forma simplificada, o esqueleto sólido correspondente aos agregados graúdos componentes de uma mistura asfáltica, a fim de incorporá-los na modelagem numérica do material via Método dos Elementos Finitos. Para isso, são analisadas a granulometria e a forma dos agregados graúdos e consideradas essas características na modelagem geométrica do problema, fazendo uso de modelos com empacotamentos randômicos gerados tridimensionalmente. Do ponto de vista constitutivo os agregados graúdos são considerados sólidos elásticos lineares e a Matriz de Agregados Finos (MAF) é considerado um material contínuo viscoelástico. A fim de validar o modelo, são comparados resultados experimentais de ensaios de fluência estática com ensaios virtuais simulados utilizando a técnica descrita, apresentando resultados bastante satisfatórios.

Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021. Este trabalho aborda a influência da geometria e velocidade de impacto no processo de fratura de projéteis rochosos. A análise inclui seis geometrias distintas projetadas contra um anteparo plano metálico. Três tipos de materiais são estudados (granito, arenito e concreto) sob efeito de quatro velocidades de impacto (10, 20, 40 e 60 m/s). São realizadas comparações de parâmetros como tensão efetiva, deformação e rigidez para cada situação. É empregado o método de elementos finitos para a modelagem do fenômeno de impacto por meio do pacote comercial Abaqus®. Para realizar a análise não linear (incluindo o dano e a perda de rigidez do material), utilizou-se um modelo de dano plástico (Concrete Damage Plasticity). Já para análise do anteparo metálico utilizou-se o modelo de Johnson-Cook. Observou-se que a inclusão dos fenômenos de dano e plasticidade são fundamentais para a precisa representação do comportamento dos materiais analisados. Esse estudo inclui uma etapa de avaliação qualitativa e uma quantitativa dos resultados. A análise quantitativa apresenta análises gráficas da influência do aumento da velocidade de impacto para cada tipo de projétil com sua respectiva geometria e característica material. A análise qualitativa demonstra por meio de imagens e tabelas o percentual de dano do projétil após colidir com o plano metálico. Ao avaliar os resultados obtidos, é observada uma influência direta da velocidade de impacto, da geometria e do tipo de material no dano causado no anteparo metálico e nos projéteis. Verificou-se que o projétil de granito, o material analisado com a menor porosidade e com maior resistência mecânica, é aquele que produz maiores tensões e deformações no anteparo. Adicionalmente, dentre todas as geometrias analisadas, ele é também o que menos se danifica. De maneira geral, o comportamento observado nos modelos implementados permite avaliar os efeitos mecânicos de impactos singulares e continuados. Tal ferramenta pode ser empregada na análise de problemas industriais visando a redução de custo, otimização de vida útil e desempenho. This work addresses the influence of geometry and impact velocity on the fracture process of rock projectiles. The analysis includes six distinct geometries designed against a flat metallic counterpart. Three types of materials are studied (granite, arenite and concrete) under the effect of four impact velocities (10, 20, 40 and 60 m/s). Parameter comparisons such as effective stress, strain and stiffness are performed for each situation. The finite element method is used to model the impact phenomenon through the commercial package Abaqus®. To perform the non-linear analysis (including material damage and loss of stiffness), a plastic damage model (Concrete Damage Plasticity) was used. For the analysis of the metallic counterpart, the Johnson-Cook model was used. It was observed that the inclusion of damage and plasticity phenomena are fundamental for the accurate representation of the behavior of the analyzed materials. This study includes a qualitative and a quantitative evaluation stage of the results. Quantitative analysis presents graphical analysis of the influence of the increase in impact velocity for each type of projectile with its respective geometry and material characteristics. Qualitative analysis demonstrates through images and tables the percentage of damage of the projectile after colliding with the metallic plane. When evaluating the obtained results, it is observed a direct influence of the impact velocity, geometry and type of material in the damage caused to the metallic shield and in the projectiles. It was found that the granite projectile, the material analyzed with the lowest porosity and the highest mechanical strength, is the one that produces the highest stresses and deformations in the bulkhead. Additionally, among all the analyzed geometries, it is also the one that is least damaged. In general, the behavior observed in the implemented models allows evaluating the mechanical effects of singular and continuous impacts. Such tool can be used in the analysis of industrial problems aiming at cost reduction, optimization of useful life and performance.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior In the present thesis it is proposed and evaluated, both numerically and experimentally, an inverse procedure for the indirect determination of axial loads applied to submersed pipe-like structures, based on their dynamic responses. The investigation is motivated by the existence of practical problems encountered in the oil industry. An experimental bench has been designed and built, consisting in a reservoir inside which a tubular stainless steel beam has been mounted and tested. Special fixtures have been designed in such a way to enable to apply controlled axial loads and represent different types of boundary conditions. In parallel, computational routines have been developed for the two-dimensional modeling of the structure accounting for the effects of axial loads, flexible supports and fluid-structure interaction, based on the finite element approach. Having in mind the difficulties which are expected to be encountered when the methodology be applied in real conditions, some special dynamic test procedures have been considered, including Operational Modal Analysis (OMA), which enables to identify modal parameters from output-only measurements. Numerous scenarios have been considered using either numerically simulated or experimentally measured responses. As for the resolution of the inverse problem, two strategies have been investigated: the first consists in the deterministic resolution of a constrained optimization problem based on evolutionary algorithms, and the second, which enables to account for the presence of uncertainties in the experimental data, is a stochastic approach based on Bayesian inference, combined with Markov chains and Metropolis-Hastings algorithm. The results obtained confirm the operational feasibility and satisfactory accuracy provided by the suggested identification approaches. Na presente tese de doutorado é proposto e avaliado numérica e experimentalmente um procedimento inverso para determinação indireta de carregamentos axiais aplicados a estruturas tubulares submersas a partir de suas respostas dinâmicas. A investigação é motivada pela existência de problemas práticos evidenciados pelo setor de tecnologia submarina da indústria petrolífera. Nesta proposta, as cargas axiais, que na prática não podem ser medidas diretamente, são identificadas através da resolução de um problema inverso, formulado como um problema de otimização, a partir das respostas dinâmicas da estrutura. Uma bancada experimental foi projetada e construída, composta de um reservatório dentro do qual foi ensaiado um tubo metálico de seção circular. Mecanismos de fixação e aplicação de carga à estrutura foram especialmente projetados de modo a permitir consideração de dois tipos diferentes de condição de contorno. Paralelamente, rotinas computacionais foram desenvolvidas para a modelagem numérica bidimensional da estrutura incluindo os efeitos de interação fluido-estrutura e das cargas axiais, com base no Método de Elementos Finitos. Tendo em vista o objetivo da aplicação da metodologia proposta em situações práticas, as quais envolvem dificuldades de execução de ensaios em ambientes submarinos, foram investigados procedimentos de ensaios dinâmicos especialmente adaptados a estas condições. Com este intuito, foi analisado o emprego da técnica de análise modal experimental denominada OMA (Operational Modal Analysis), que permite obter os parâmetros modais sem conhecimento das forças de excitação da estrutura. Numerosos cenários de identificação foram estudados utilizando tanto respostas dinâmicas simuladas numericamente, quanto respostas medidas experimentalmente. Visando considerar a influência de incertezas nos dados experimentais, o problema de identificação da carga axial também foi tratado utilizando uma abordagem estocástica, com base em inferência bayesiana, a partir da simulação de cadeias de Markov, associada ao algoritmo Metropolis-Hastings. Os resultados obtidos atestam a viabilidade operacional e a precisão satisfatória do procedimento de identificação proposto. Doutor em Engenharia Mecânica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior A non-carious cervical lesion (NCCL) is the loss of dental structure on cementum-enamel junction (CEJ) cervical region caused by stress, biocorrosion and attrition. The variation of occlusal loads promotes different stress and strain pattern on CEJ. The NCCL restorative process is part of management of the lesion; however, there is no fixed restorative protocol. The propose of this study was evaluate the effect of occlusal loading direction, cyclic load aging and the restorative technique of the NCCL on stress distribution and strain pattern in maxillary. The investigation was conducted by using 3D finite element analysis (FEA) and strain-gauge test. Fourteen 3D-FEA, orthotropic/isotropic and elastic models were generated: Sound tooth (SO), Non-carious cervical lesions not restored (NR), Glass ionomer (GI), Flowable resin (FR), Composite Resin (CR), Lithium disilicate (LD) and Composite resin core + 0,5mm Lithium disilicate (CR+LD). A compressive static load of 150N was applied: axially (AL) and 45° angle to the long axis on the palatine cusp (OL). The displacement was conducet on the base and the lateral of cortical an medular bone. For the Strain gauge test, two strain gauges were bonded in teeth: 2mm above the enamel/cementum junction and the ohter 2mm under the enamel/cementum juntciton. 30 sound samples were submitted in a mechanical testing machine, being load as the FEA. After that, the mechanical fatigue of these samples was performed (200 to 000 cycles 50N, 2 Hz). At the end of aging, sound teeth samples were retested by the strain gauge test. Then, on these same samples were simulated a NCCL with dimensions of 2.5 mm width and depth with # 3118 burn. The sample groups were prepared as implemented in the finite element analysis (n = 5) and made the measurement of strain prior and posterior to the second stage of mechanical aging (200 000 cycles of 50N, 2 Hertz). The specimens were mounted in a mechanical testing machine and submitted to mechanical load (200 000 cycles, 50N). After the aging, the specimens were again submitted to the strain gauge test. As result, Equivalent Stress (Von Mises) showed that the NCCL associated with oblique loading presented higher stress values. For both loads, CR and CR+LD showed biomechanical behavior closer to SO. For Maximum Principal Criteria, GI and FR presented higher tensile stress on the bootton of the lesion; and DL showed compressive stress on gingival wall. For strain gauge test, OL after the fatigue showed the highest strain values on the materials. CR and CR+DL presented the strain pattern closer to SO. The results of the strain obtained by FEA and the strain gauge test were equivalent for both regions. Analyzing the strain gauge on dentin, after restored, just GI showed higher strain for axial load. It can be conclude that CR and CR+LD promoted similar biomechanical behavior compared to SO; and AL concentrate lower stress and strain than oblique load. As lesões cervicais não cariosas (LCNCs) são descritas como a perda de tecido dentário próximo à junção amelo cementária (JAC). A variação do local e da incidência das forças oclusais promovidas por contatos promovem diferença no padrão de tensão e deformação próximo desta região. O procedimento restaurador das LCNCs é parte do manejo destas lesões, entretanto, não existe protocolo estabelecido sobre qual técnica restauradora é a mais indicada. O objetivo deste estudo é analisar o efeito de diferentes carregamentos oclusais, do envelhecimento mecânico e da técnica restauradora de LCNCs no padrão de distribuição de tensão e deformação de pré-molares superiores. O estudo foi conduzido utilizando o método de elementos finitos 3D (MEF) e teste de extensometria. Quatorze modelos tridimensionais elásticos foram gerados, com propriedades ortotrópicas e isotrópicas: Hígido (HI), Lesão cervical não cariosa não restaurada (NR), LCNC restaurada com ionômero de vidro (IV), LCNC restaurada com resina fluida (RF) LCNC restaurada com resina composta (RC), LCNC restaurada com dissilicato de lítio (DL); e LCNC restaurada com núcleo de preenchimento em resina composta e fragmento cerâmico de 0,05mm de dissilicato de lítio (RC+DL). Carregamento compressivo de 150N foi aplicado, sendo: axial (CA) e outro a 45º ao longo eixo do dente na vertente triturante da cúspide palatina (CO). A restrição de deslocamento foi realizada na base e lateral de osso cortical e medular. Para o teste de extensometria, dois extensômetros foram colados: o primeiro 2 mm acima da JAC; e o segundo 2mm abaixo da JAC. 30 amostras hígidas foram submetidas em uma máquina de ensaio mecânico, sendo carregadas conforme no MEF. Em seguida, foi realizada a fadiga mecânica destas amostras (200 000 ciclos de 50N, a 2 Hertz). Ao final do envelhecimento, as amostras hígidas eram novamente submetidas ao teste de extensometria. Em seguida, nestas mesmas amostras, simulou-se com ponta diamantada #3118 LCNC com dimensão de 2,5 mm de abertura e profundidade. Os grupos amostrais foram preparados conforme executado no método de elementos finitos (n=5) e realizada a mensuração da deformação previamente e posteriormente à segunda etapa do envelhecimento mecânico (200 000 ciclos de 50N, a 2 Hertz). Como resultado, para Von Mises, o modelo NR associado com carga oblíqua apresentou maiores valores de tensão. Em relação ao material restaurador, RC e RC+DL apresentaram comportamento biomecânico similar ao modelo Hígido. Para o critério de Tensão Máxima Principal, IV e RF apresentaram maior acumulo de tensão de tração ao fundo da lesão; enquanto DL apresentou tensão de compressão na parede gengival para CA. Analisando a deformação, o carregamento oblíquo após a fadiga apresentou elevado valores no material. RC e RC+DL mostraram valores próximos ao do hígido. Ao analisar os resultados do extensômetro radicular, após a restauração, IV apresentou maior deformação para o carregamento axial. Os resultados da deformação adquiridos por MEF e pelo teste de extensometria foram equivalentes para ambas às regiões. Este estudo permite concluir que a técnica restauradora com resina composta ou núcleo de preenchimento em resina composta combinado com fragmento cerâmico promoveu comportamento biomecânico similar ao hígido. Mestre em Odontologia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior As fraturas do platô tibial são lesões complexas que se não tratadas adequadamente podem deixar sequelas no paciente. Na maioria dos casos, o tratamento é realizado através de procedimentos cirúrgicos, os quais precisam ter acesso ao local e estabilizar as partes ósseas fraturadas. A forma de fixação dessas fraturas depende do estado da lesão e do tipo da fratura, e normalmente, a fixação de fraturas do platô tibial é feita por placas de sustentação tibial convencional (placas do tipo L) com sistemas de fixação interno e parafusos. Porém, apesar de ser eficiente na maioria dos tratamentos, a placa convencional do tipo L possui algumas desvantagens relacionadas à sua geometria, dimensões e quantidade de parafusos utilizados para a sua fixação ao osso. No entanto, a maior desvantagem deste sistema de fixação interna é a impossibilidade de fixação de fraturas pósteros laterais. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi projetar uma nova placa de fixação do platô tibial em liga de titânio (Ti-6Al-4V) para fixação de fraturas do tipo I, II e III póstero-lateriais, visando desenvolver um sistema de fixação que facilite o processo de estabilização da fratura e reduza os tempos cirúrgicos utilizando uma geometria adaptada ao formato da tíbia, e uma menor quantidade de parafusos. Este novo sistema de fixação foi projetado com uma maior área lateral e um menor comprimento total, e foi denominado de “SA_IRRC_01”. As etapas de validação deste novo sistema consistiram na avaliação da resistência mecânica da placa e na estabilidade de uma fratura simulada utilizando modelagem por elementos finitos, comparando os resultados com uma fixação feita com a placa convencional do tipo L. Os resultados obtidos com a simulação utilizando a nova placa em semi anel apresentaram um comportamento mecânico similar ao modelo utilizando a placa convencional do tipo L, porém com uma geometria e dimensões menores, e uma menor quantidade de parafusos, indicando que esta poderá ser utilizada em fraturas póstero-laterais da tíbia. Para a comprovação destes resultados novas análises “in vitro” e “in vivo” mais elaboradas devem ser realizadas. Injuries in patients can be happen if complex lesions like tibial plateau fractures are not properly handled. Most of the time, the treatment is performed by surgical procedures, which need access to the site and stabilize the fractured bone parts. The fixation form of these fractures depends on the state of the injury and the type of fracture, and usually, the fixation of fractures of the tibial plateau is made by conventional tibial plates (called L type) with internal fixing systems and orthopedic screws. However, despite to good results and efficiency in the majority of cases, the conventional L type plate has some drawbacks related to its geometry, dimensions and amount of screws used to bone fixation. Although, the greatest disadvantage of this fixation system is that it is not appropriated to posterolateral fractures fixation. Therefore, the main objective of this work was to design a new fixation titanium plate (Ti-6AI-4V) for fixation of posterolateral fractures type I, II and III, aiming to develop a fastening system that favors the stabilization of the fracture and reduce the surgical time using an adapted geometry to the shape of the tibia, and a minor amount of orthopedic screws. This new fixation system called the “SA_IRRC_01” was designed with small length and stability simulated by finite element model. The reached results with the simulation using the new plate were compared to conventional L type plate and showed similar mechanical behavior with the conventional model L type, however with smaller geometry and with and a small quantity of screws. This new system proposed can be efficiently used to posterolateral fractures of the tibial plateau. Additional investigations need be carried out for future clinical use the new fixation system. Dissertação (Mestrado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior One of the major engineering problems is the search for efficient techniques for the control and reduction of vibrations and mechanical systems noise. In this context, several passive vibration control techniques have been proposed, for example, the use of viscoelastic material and the pseudoelastic effect present in shape memory alloys (SMAs). With regard to the use of SMAs, it is known materials that are able to recover the plastic deformation induced by mechanical loading when subjected to a thermal load. This characteristic is called the shape memory effect. Another feature of SMAs is called pseudoelastic effect that is its behavior when it is subjected to mechanical loading cycles in an operating condition in which the temperature is equal to or higher than the final temperature of the austenite phase. Therefore, many researchers have used this feature of SMAs to control and mitigate the vibrations of dynamical systems. This work is devoted to the numerical and computational modeling of the pseudoelastic behavior of shape memory alloys to the passive control systems structural vibrations in large displacements of the type thin plates of industrial interest. After the calculation of system responses in the time domain, are discussed the major parameters of influence as regards the reduction of the amplitudes and onset of non-linear characteristics. From the results it can be noted that the shape memory alloys are capable of reducing the vibration amplitudes under circumstances where the system is apparently linear or in cases where the system presents nonlinearities. However, in some cases they were observed instabilities in the system. Um dos principais problemas da engenharia é a busca por técnicas eficientes para o controle e redução de vibrações e ruídos de sistemas mecânicos. Neste contexto, várias técnicas de controle passivo de vibrações têm sido propostas como, por exemplo, o uso de materiais viscoelásticos (MVs) e o efeito pseudoelástico presente nas ligas com memória de forma (LMFs). No que diz respeito ao uso da LMFs, sabe-se que são materiais capazes de recuperarem as deformações plásticas induzidas por carregamentos mecânicos quando submetidas a um carregamento térmico. Essa característica é chamada de Efeito de Memória de Forma. Outra característica das LMFs é o chamado efeito pseudoelástico que representa o seu comportamento quando ela é submetida a ciclos de carregamentos mecânicos em uma condição de operação em que a temperatura é igual ou superior à temperatura final da fase Austenítica. Portanto, muitos pesquisadores têm utilizado esta característica das LMFs para controlar e atenuar as vibrações de sistemas dinâmicos. Este trabalho é dedicado à modelagem numérico-computacional do comportamento pseudoelástico de ligas com memória de forma para o controle passivo de vibrações de sistemas estruturais em grandes deslocamentos do tipo placas finas de interesse industrial. Após o cálculo das respostas no domínio do tempo do sistema, são discutidos os principais parâmetros de influência no que diz respeito à redução de amplitudes e ao surgimento de características não-lineares. A partir dos resultados pôde-se notar que as Ligas com Memória de Forma são capazes de reduzir as amplitudes de vibração em circunstâncias onde o sistema é aparentemente linear ou em casos onde o sistema apresenta não-linearidades. No entanto, em alguns casos foram observadas instabilidades no sistema. Mestre em Engenharia Mecânica

En el presente documento se encuentran registrados los resultados de la investigación relacionada con la revisión y posteriores modificaciones planteadas para los parámetros implementados en el método de los coeficientes para el diseño de losas en dos direcciones que se presenta dentro de la NSR-10, Titulo C.13. Para esto fueron realizados, por medio de elementos finitos, distintos modelos comparativos que permitieran evaluar la validez y efectividad del método mencionado anteriormente. Como producto final, se presentan los cálculos y resultados pertinentes a partir de los cuales son propuestas unas nuevas tablas de coeficientes para el diseño de losas en dos direcciones, así como, los modelos dentro del software SAP2000®, a partir de los cuales se obtuvieron las conclusiones finales del trabajo. This document recorded the results of the review-related research and subsequent modifications to the parameters implemented in the two-way slab design coefficients method presented within NSR-10, Title C.13. For this purpose, through finite elements, different comparative models were carried out to evaluate the validity and effectiveness of the method mentioned above. As a final product, the relevant calculations and results from which new coefficient tables for the design of two direction slabs are proposed, as well as the models within SAP2000 software®, from which the final conclusions were obtained. http://unidadinvestigacion.usta.edu.co Pregrado

En este estudio se implementó una técnica de optimización topológica en el bastidor de una motocicleta de competencia Honda CRF 230, con el objetivo de reducir el peso del componente original manteniendo los límites de seguridad de las propiedades mecánicas del material, para obtener un mayor rendimiento del motor y mayor maniobrabilidad para el piloto en una competencia. Para ello, se efectuó la caracterización del material original del chasis de la motocicleta mediante un procedimiento llamado Espectrometría de Chispa, además se realizó el análisis estático del chasis para determinar las condiciones de frontera para la simulación. Para el desarrollar el CAD del chasis y la simulación se utilizó el SolidWorks Simulation. La aplicación de la optimización topológica se realizó utilizando un criterio de distribución de esfuerzos, por medio de la utilización del método de MEF. Finalmente, se analizó la estructura original frente a la modificada para obtener como resultado una reducción del 67.6 % de peso del chasis original, con un factor de seguridad de 1.41.

Considering heterogenei"es and using the Finite Element Method, along with the The-ory of Linear Viscoelas"city, the complex modulus test (absolute value called dynamic modulus and a phase angle) in asphalt mixtures is computa"onally simulated. The test consists in applica"on of sinusoidal solicita"on (stress or strain) and the respec"ve read-ing of the mechanical response (strain or stress). Studied materials are a Fine Aggregate Matrix (FAM) and a Hot Mix Asphalt (HMA) composed of coarse aggregates, air and FAM. Mixture design parameters and mechanical proper"es of the cons"tuents are the input parameters. Simula"on results are compared with those obtained from laboratory tests. The influence of the aggregate modulus and voids ra"o on the s"ffness of the mixture is inves"gated. The results showed that at low frequencies, the varia"on in the s"ffness of the aggregate has liIle effect in the varia"on of the dynamic modulus of the mixture, becoming more significant at higher frequencies. In addi"on, it was possible to obtain the dynamic module of the HMA from the simula"on, es"ma"ng the modulus of elas-"city of the aggregates. The dynamic modulus of the mixture decreases with the in-crease in its voids and presents an approximately linear behavior, especially at lower frequencies. Considerando-se as heterogeneidades inerentes e utilizando-se o Método dos Elementos Finitos juntamente com a Teoria da Viscoelasticidade Linear é simulado computacionalmente, para materiais asfálticos, o ensaio de módulo complexo (que se traduz em um valor absoluto chamado de módulo dinâmico e em um ângulo de fase). O ensaio consiste na aplicação de solicitação (tensão ou deformação) senoidal e na leitura da resposta mecânica (deformação ou tensão). Os materiais estudados são uma Matriz de Agregados Finos (MAF) e uma Mistura Asfáltica Completa (MAC) composta por agregados graúdos, ar e MAF. Tomam-se como dados de entrada os parâmetros de dosagem e as propriedades dos materiais constituintes da mistura. Os resultados das simulações são comparados aos obtidos em ensaios realizados em laboratório. Avalia-se a influência do módulo de elasticidade dos agregados e do volume de vazios sobre o módulo dinâmico da MAC analisada. Os resultados mostraram que para baixas frequências da solicitação, a variação na rigidez do agregado interfere pouco na variação do módulo dinâmico da mistura, tornando-se mais significativa para as frequências mais altas. Ademais, foi possível obter o módulo dinâmico da MAC a partir da simulação, estimando-se o módulo de elasticidade dos agregados. O módulo dinâmico da mistura diminui com o aumento do volume de vazios e apresenta um comportamento aproximadamente linear, principalmente nas frequências mais baixas.

[EN] In this work, we studied the mechanical performance of an LDPE film (0.22 mm in thickness) used as a material in the design of greenhouse covers. We investigated the effects of ageing at different periods of its service life and applying chemical substance treatments used as pesticides on greenhouse crops and after breakage using mechanical traction. Numerical simulations were performed using the finite element method. For this purpose, one section of the complete geometry of the greenhouse cover and different load conditions (1-5 kPa) were considered for the modelling. The performance of the polymer was assumed to be linearly elastic to simplify the governing equations. The study demonstrated that the LDPE film used was no longer effective as a greenhouse cover film due to the degradation of its mechanical properties. It was shown that the general performance of this film was in the plastic zone and its performance was non-linear. The results deduced from the present study are of interest because they show the material failure process of greenhouse covers in relation to the degradation process., [ES] En este trabajo hemos estudiado el comportamiento mecánico de un film de LDPE (0.22 mm de espesor) usado como material para el diseño de cubiertas de invernaderos. Se ha investigado el efecto del envejecimiento en diferentes períodos de la vida útil, en los que se han aplicado tratamientos con sustancias químicas, utilizadas como pesticidas en cultivos de invernadero y después de la rotura mediante tracción mecánica. Las simulaciones numéricas se realizaron utilizando el método de elementos finitos. Para la modelización se ha considerado una sección de la geometría completa de la cubierta y diferentes condiciones de carga (1-5 kPa). Además, se asumió que el rendimiento del polímero era linealmente elástico para simplificar las ecuaciones. El estudio demostró que el film no estaba en condiciones de ser usado en la cubierta del invernadero debido a la pérdida de sus propiedades mecánicas. También se ha observado que el comportamiento general de la cubierta está en la zona plástica del material y, por tanto, tiene un comportamiento no lineal. Los resultados de las comparaciones realizadas son interesantes y de gran ayuda para ilustrar el proceso de falla del material de las cubiertas de invernadero en relación con el proceso de degradación.

[ES] La técnica de "Soil Nailing" es un procedimiento de refuerzo del terreno utilizado continuamente en la estabilización de taludes y cortes del terreno en proyectos de ingeniería geotécnica. Esta técnica se aplica con frecuencia en la ciudad de Quito (Ecuador) para el refuerzo del terreno, mejorando la estabilidad de los taludes, durante el proceso de excavación de varios niveles de sótanos. Estas excavaciones de gran profundidad son habituales en proyectos inmobiliarios importantes de la ciudad, en los que el "Soil Nailing" se emplea con algunas variantes que la ajusten a los recursos constructivos disponibles en el medio. Pese a lo extendido de su uso, esta técnica, que ha resultado ser efectiva para estabilizar las excavaciones durante los procesos constructivos de estructuras de sótano en los suelos de la ciudad de Quito, actualmente dispone de pocas investigaciones locales, ya sean teóricas, numéricas o experimentales, basadas en las propiedades geotécnicas de los suelos volcánicos característicos de la ciudad. Esta Tesis Doctoral que contó con el soporte del Laboratorio de Ingeniería Geotécnica y el Laboratorio de Estructuras del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudio experimental y numérico del comportamiento de dos excavaciones reforzadas con la técnica de "Soil Nailing" para la construcción de las estructuras de sótano de dos importantes edificios ubicados en la zona centro-norte de la ciudad de Quito. Tanto el estudio experimental como el numérico se enfocan principalmente en la evolución de las fuerzas de tensión en las barras de acero de los "Soil Nails", el análisis de desplazamientos horizontales de las pantallas y el análisis de asentamientos en el terreno que se encuentra detrás de las pantallas y que fueron inferidos por la construcción de cada nivel de sótano. Como parte del análisis numérico a través de elementos finitos se han considerado diferentes modelos constitutivos de suelo, cuyos parámetros se determinaron detalladamente de acuerdo a los ensayos de laboratorio del estudio de caracterización geotécnica de esta investigación. Por tanto, esta Tesis Doctoral constituye una de las primeras investigaciones completas de la región encaminada a explicar el comportamiento experimental y numérico de excavaciones mediante la técnica de "Soil Nailing" y respaldada con un completo trabajo de caracterización geotécnica, llevado a cabo a propósito como parte de este estudio., [CA] La tècnica de "Soil Nailing" és un procediment de reforç del terreny utilitzat contínuament en l'estabilització de talussos i talls del terreny en projectes d'enginyeria geotècnica. Esta tècnica s'aplica ben sovint en la ciutat de Quito (Equador) per al reforç del terreny, millorant l'estabilitat dels talussos, durant el procés d'excavació de diversos nivells de soterranis. Estes excavacions de gran profunditat són habituals en projectes immobiliaris importants de la ciutat, en els que el "Soil Nailing" s'empra amb algunes variants que l'ajusten als recursos constructius disponibles en el mig. A pesar d'allò que s'ha estés del seu ús, esta tècnica que ha resultat ser efectiva per a estabilitzar les excavacions durant els processos constructius d'estructures de soterrani en els sòls de la ciutat de Quito, actualment disposa de poques investigacions locals, ja siguen teòriques, numèriques o experimentals basades en les propietats geotècniques dels sòls volcànics característics de la ciutat. Esta Tesi Doctoral que va comptar amb el suport del Laboratori d'Enginyeria Geotècnica i el Laboratori d'Estructures de l'Institut de Ciència i Tecnologia del Formigó (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València presenta un estudi experimental i numèric del comportament de dos excavacions reforçades amb la tècnica del "Soil Nailing" per a la construcció de les estructures de soterrani de dos importants edificis ubicats en la zona centre-nord de la ciutat de Quito. Tant l'estudi experimental com el numèric s'enfoquen principalment en l'evolució de les forces de tensió en les barres d'acer dels "Soil Nailing", l'anàlisi de desplaçaments horitzontals de les pantalles i l'anàlisi d'assentaments en el terreny que es troba darrere de les pantalles i que van ser inferits per la construcció de cada nivell de soterrani. Com a part de l'anàlisi numèrica a través d'elements finits s'han considerat diferents models constitutius de sòl, els paràmetres de la qual es van determinar detalladament d'acord amb els assajos de laboratori de l'estudi de caracterització geotècnica d'esta investigació. Per tant, esta Tesi Doctoral constituïx una de les primeres investigacions completes de la regió encaminada a explicar el comportament experimental i numèric d'excavacions per mitjà de la tècnica del "Soil Nailing" i protegida amb un complet treball de caracterització geotècnica, dut a terme a propòsit com a part d'este estudi., [EN] The "Soil Nailing" technique is a ground reinforcement procedure used consistently to stabilize slopes and land sections in geotechnical engineering projects. This technique is frequently used in the city of Quito (Ecuador) to reinforce the ground and improve slope stability during the excavation process for various underground parking levels. Such deep excavations are common in the city's most important real estate projects, in which "Soil Nailing" is used with different variations that are adjusted in accordance with the construction resources available in the particular environment. Despite its widespread use, this technique which has proven to be so effective in stabilizing excavations during the construction of underground structures in the soils of the city of Quito, currently suffers from a lack of local theoretical, numerical or experimental research based on the geotechnical properties of the city's characteristic soils. This Doctoral Thesis was supported by the Geotechnical Engineering Laboratory and the Structures Laboratory of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH) of the Universitat Politècnica de València. It presents an experimental and numerical study of the behavior of two excavations reinforced with the Soil Nailing technique for the construction of the basement structures of two important buildings located in the north-central area of the city of Quito. Both the experimental and the numerical study focus mainly on the stress of tension forces exerted on the steel bars of the "Soil Nails", analysis of horizontal wall displacements and analysis of settlements of the ground behind the walls, which were induced by the construction of each underground level. As part of the numerical analysis through finite elements, different constitutive soil models were considered, the parameters of which were determined in detail in accordance with laboratory testing from the geotechnical characterization study for this research. This Doctoral Thesis, therefore, constitutes one of the first complete studies in the region aimed at explaining the experimental and numerical behavior of excavations through the Soil Nailing technique, supported by complete geotechnical characterization work which was carried out for the purpose of forming part of this study.

CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A interação entre as áreas da saúde com as engenharias vem auxiliando no desenvolvimento de técnicas e dispositivos que propiciam uma melhor qualidade de vida para a sociedade. Um dos resultados mais marcantes na sociedade moderna foi o uso de biomateriais para a fabricação de implantes. Neste sentido, os materiais poliméricos têm ganhado uma importância significativa em tratamentos cirúrgicos, principalmente os biorreabsorvíveis, pois, uma vez em contato com os líquidos corpóreos, iniciam um processo de degradação, desaparecendo por completo do organismo dentro de um determinado tempo. Em processos cirúrgicos, implantes produzidos com esses materiais devem suportar os carregamentos impostos até o processo de osteossíntese, principalmente, em estruturas biológicas complexas, como a coluna vertebral. Neste caso, no processo cirúrgico de artrodese da coluna vertebral, normalmente, utilizam-se implantes fabricados em titânio que necessitam de procedimentos específicos de fixação, o que eleva o tempo cirúrgico, além de ser em geral de alto custo. Diante disto, o objetivo deste trabalho foi projetar um novo implante para coluna cervical fabricado com material bioreabsorvível. A validação deste novo implante foi feita através de modelagens por elementos finitos comparativamente a um sistema de implantes importado utilizado na artrodese da coluna. O novo implante é composto por uma estrutura tipo “colmeia”, que recebe o enxerto ósseo, e por quatro parafusos inclinados dentro da área útil das vértebras. A placa de apoio do implante possui furos com filetes de rosca para auxiliar na fixação dos parafusos. Nas análises observou-se que o novo implante está dimensionado para os carregamentos impostos na coluna e fornece boa estabilidade estrutural. Observouse que, enquanto o enxerto ósseo não estava consolidado, os deslocamentos são restringidos praticamente pela estrutura do implante. Em contrapartida, com a degradação do material do implante, a fixação das vértebras é transferida para a estrutura óssea, formada pelo enxerto, em um tempo aproximado de 9 meses. The interaction between health areas with engineering are assisting in development of techniques and devices that provide a better quality of life for society. One of the most striking results in modern society is the use of biomaterials to manufacture implants. In this sense, polymeric materials have gained significant importance in surgical treatments, especially bioresorbable polymers, because once in contact with the body fluids, the degradation process starts, so that they disappear completely from the body within a certain time. In surgical procedures, implants produced with these materials must withstand the loads imposed by osteosynthesis process, especially in complex biological structures such as the spine. In this case, the surgical procedure for arthrodesis of spine, usually, uses titanium implants that require specific fixation procedures, which lengthen the surgical procedure, in general increasing the costs. Therefore, the objective of this work was to design a new implant for cervical spine made of bioresorbable material. The validation of this new implant was performed using finite element modeling compared to an imported implant system used in spinal arthrodesis. The new implant is made by a structure such as a honeycomb, which receives the bone graft and four inclined screws within vertebrae working area. The implant bearing plate has holes with threads to assist screw fixing. It was found that the new implant is dimensioned for loads imposed on the column and provides good structural stability. It was observed that while the bone graft was not bound, the displacements are practically restricted by implant structure. However, with the implant material degradation, the fixation of the vertebrae is transferred to the bone structure, formed by the graft in approximately 9 months. Tese (Doutorado)

The strain energy function of hyperelastic material models must fulfill some mathematical conditions to satisfy requirements such as numerical stability and physically plausible mechanical behavior. In the framework of computer simulations with Newton-type methods, numerical stability is assured by the positive definiteness of the tangent operator. The Baker-Ericksen inequalities, on the other hand, are sufficient and necessary conditions in order to guarantee that the material behaves in a physically plausible way, although they are rarely taken into account during parameter identification. The present work proposes a modification in the strain energy function of a previously developed model for isotropic rubber-like materials. The new expression for W allows the satisfaction of both of the aforementioned requirements. The complete constitutive framework for its implementation in a Finite Element code is provided. Representative examples are analyzed and to show the superior performance when compared to well-known models found in the specialized literature both for homogeneous and non-homogeneous cases of deformation.

El procesado de alimentos por alta presión (HPP, High Pressure Processing) es una técnica relativamente nueva en la que los alimentos se someten a una presión muy elevada en el interior de un equipo. El presente trabajo pretende establecer una metodología y un procedimiento industrialmente viable para el diseño de componentes de dicho equipo sometidos a presión usando la técnica de Deep Rolling. Esta técnica está basada en procesos locales de deformación plástica para la generación de tensiones residuales de compresión que mejoren la vida a fatiga. El reto surge en la definición de la metodología de cálculo de dichas tensiones mediante elementos finitos y su posterior validación mediante técnicas experimentales de medida de tensiones residuales. Para que dicha metodología sea precisa, es necesario llevar a cabo una caracterización del material que permita conocer su comportamiento plástico. Una vez validada dicha metodología de cálculo, se ha diseñado un nuevo componente y se ha evaluado la mejora potencial de vida a fatiga utilizando procedimientos basados en la mecánica de la fractura.

Due to the size and scope of the project, the following TFM will focus, for time and content reasons, on the development of the 3D static modelling of the case studies proposed in the ODSTRACK project. The train load and track will be modelled by ANSYS. All its elements, and various case studies will be addressed. In particular, for the sleeper modulus, four different cases will be proposed that the investigation has obtained during its 2D analysis by DARTS program, the first of which is the one being adopted for 0.6 m. The other three values that will be assigned in the modelling are 0.7m, 0.8m, and finally 0.9m. These will serve as a base model and feedback for the following steps of the research, which include getting calibrated through laboratory tests in order to conduct a comparation between the theorical and experimental results that will be performed later in 2022. This final research project will be presented as a complementary work to the ODSTRACK Project that has conducted the same 3D analysis on focus on different elements that make up the fastenings system in railway tracks. In this case the rest of track superstructure elements have been analysed (rail, pads, sleepers and ballast). RESUMEN: Debido al tamaño e importancia del proyecto, el siguiente TFM se centrará, por razones de tiempo y contenido, en el desarrollo de la modelización numérica en 3D de los casos prácticos propuestos en el proyecto ODSTRACK. Se modelará la carga del tren y la vía con el programa ANSYS, con todos sus elementos, y se abordarán varios casos de estudio. En particular, para el módulo de las traviesas, se propondrán cuatro casos diferentes que la investigación ha obtenido durante su análisis 2D mediante el programa DARTS, siendo el primero de ellos el que se está adoptando para 0,6 m. Los otros tres valores que se asignarán en la modelización son 0,7m, 0.8m y finalmente 0,9m. Estos servirán como modelo base y feedback para los siguientes pasos de la investigación, que incluyen la calibración mediante pruebas de laboratorio para realizar una comparación entre los resultados teóricos y experimentales que se realizará más adelante en 2022. Este proyecto fin de carrera se presentará como un trabajo complementario al Proyecto ODSTRACK que ha realizado el mismo análisis 3D centrado en los diferentes elementos que componen el sistema de sujeción en las vías férreas. En este caso se han analizado el resto de los elementos de la superestructura ferroviaria (carril, pads, traviesas, balasto) Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (Plan 2020)

In this paper, the behavior of four beam-column connections in precast structures, without continuity reinforcement, subjected to negative bending moment was analyzed through numerical simulation using the ABAQUS®, which is based on the Finite Element Method. Nonlinear analysis was performed initially with calibration using an experimental model found in the literature. The analysis showed that the filling of the beam-pillar interfaces with rigid material allows for greater stiffness and bond strength, exhibiting a secant rotational flexural stiffness at the beginning of the yield of the anchor at least 5.5 times greater than in models without filling. There are benefits in considering the rotational stiffness of this type of connection in precast single-storey or small height structures in relation to their stress distribution that provide greater competitiveness to precast structures. Resumo Nesta pesquisa foi analisado o comportamento de quatro modelos de ligações viga-pilar em estruturas pré-moldadas, sem armadura de continuidade, submetidas a momento fletor negativo por meio de simulação numérica com a utilização do programa ABAQUS®, o qual é baseado no Método dos Elementos Finitos. A análise mostrou que o preenchimento das interfaces viga-pilar com material rígido proporciona maior rigidez e resistência à ligação, exibindo rigidez rotacional secante ao início do escoamento do chumbador pelo menos 5,5 vezes maior que em modelos sem o preenchimento. Considerar a rigidez desse tipo de ligação em projetos de estruturas pré-moldadas de um pavimento ou de pequena altura permite benefícios na distribuição de esforços das mesmas tornando-as mais competitivas.

The Brazilian Standard Structural Masonry considers for the maximum tensile stress (fs) of the reinforcements embedded in the grout in clay blocks with smooth surfaces several limits of the yield stress for the reinforcement (fyk). This work aims to analyze the limits of the yield stress of reinforcement bars in clay block masonry structures by numerical and parametric analysis in push-out and pull-out tests, varying the type of grout and reinforcement diameter. A numerical study was performed using a 3D-model with the DIANA® software based on the Finite Element Method. The parametric study confirmed that the limits obtained in this research for reinforcement diameter of 8 mm, 10 mm, 12.5 mm and 16 mm are in agreement with the limits specified by the Brazilian Standard, with exception of the 20 mm diameter, which limit was lower than indicated by the Standard. The tensile stress limits of the embedded reinforcement progressively reduce with increasing rebar diameter, being the failure is dominated by the bond strength of the block/grout interface. resumo: A norma brasileira de alvenaria estrutural considera para a tensão máxima de tração das armaduras (fs) embutida no graute em blocos cerâmicos com superfícies lisas vários limites da tensão de escoamento do aço (fyk). Este trabalho teve como principal objetivo analisar os limites da tensão de escoamento das armaduras inseridas na alvenaria estrutural de blocos cerâmicos por meio de análises numéricas e paramétricas em corpos de provas push-out e pull-out, variando o tipo de graute e diâmetro das armaduras. O estudo numérico dos modelos analisados foi feito pelo Método dos Elementos Finitos utilizando o pacote computacional FX+DIANA®. A análise paramétrica confirmou que os limites obtidos nesta pesquisa para armaduras com diâmetros de 8 mm, 10 mm, 12.5 mm e 16 mm estão em concordância com os especificados pela norma brasileira, com exceção da armadura de 20 mm de diâmetro, cujo limite ficou menor que o apontado pela norma. Dessa maneira, a tensão de escoamento da armadura embebida no graute diminui progressivamente com o aumento do diâmetro das barras, sendo a falha dominada pela tensão de aderência da interface que se cria entre as paredes dos blocos cerâmicos e o graute.

Máster en Ingeniería Industrial

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais O crescente aumento da incidência de doenças cardiovasculares e o desenvolvimento da técnica de angioplastia têm feito com que muitas pesquisas sejam realizadas como o objetivo de desenvolver as endopróteses vasculares (stents). O stent é um tubo de dimensões milimétricas, expansível, em forma de malha, geralmente confeccionado em metal; sua aplicação, por meio de um procedimento minimamente invasivo, restaura o fluxo no vaso sanguíneo obstruído. Os objetivos dessa pesquisa foram desenvolver novas geometrias de stent e avaliar, usando simulações em elementos finitos, os processos de montagem dos stents no conjunto cateter/balão (crimpagem) e a sua expansão no interior de uma artéria. As simulações foram feitas usando o Stampack®, um programa comercial de elementos finitos com formulação dinâmico-explícita. Além das simulações do processo de crimpagem e expansão, foi simulado também o processo que antecede a implantação do stent, o qual consiste na expansão de um balão (sem stent) dentro da artéria semiobstruídas. Foram analisadas três geometrias diferentes de stents, e para aquela com melhor desempenho foi analisado todo o processo: crimpagem, expansões com e sem o balão, e expansão dentro da artéria sem balão. O material do stent foi o aço inoxidável 316 L com comportamento elastoplástico; o balão foi considerado como elástico-linear e isotrópico, já a artéria foi simulada com um comportamento de material hiperelástico, de acordo com dados e propriedades encontrados na literatura. Ao final de cada simulação, avaliamos os seguintes parâmetros para os modelos de stents desenvolvidos: diâmetro, zonas com risco de falha, deformação plástica e deformação na direção da espessura do material. A geometria com melhor desempenho, modelo SNG3, necessitou de menos pressão para atingir o diâmetro final desejado, com deformações dentro de um limite seguro. O modelo SNG3 também apresentou os menores valores de deformação plástica efetiva e variação da espessura relativa na região de tração e compressão durante todo o processo. Esta geometria exibiu um desempenho geral seguro, com resultados que mostram o potencial de sua utilização futura em tratamentos de doenças arteriais coronarianas. The increasing incidence of cardiovascular diseases and the development of the angioplasty procedure has lead to many researches focused on stent development. Stent is a metallic tube with milimetric dimensions, expandable and mesh shaped, usually made of metal. Its application, in a minimally invasive procedure, restore the flow in the obstructed blood vessel. The aim of this study was to develop new stent designs and evaluate, using finite elements simulation, the following procedures: mounting of stents at the catheter/balloon (crimping) and stent expansion inside the artery. Simulations were done using Stampack®, a commercial finite elements software with a dynamic explicit formulation. In addition to crimping and expansion, we also simulated a process that is done before the stent implantation, which consists in a balloon expansion (without a stent) inside the blood vessel partially obstructed. We analyzed three different stent designs and for the one with the best performance the whole process was evaluated: crimping, expansions with and without the balloon and expansion inside the artery without the balloon. The material of the stent was stainless steel 316 L with an elastic-plastic behavior, the balloon was taken as linear elastic and isotropic and the artery was simulated as a hyperelastic material, according to data and properties found in the literature. At the end of each simulation, the following parameters were evaluated for the stent models developed: diameter, regions under risk of failure, plastic deformation and deformation in the thickness direction. The design with best performance, model SNG3, was the one that required less pressure to achieve the final desired diameter, with deformations inside the safe limit. SNG3 model also presented the lower values of effective plastic strain, variation at the relative thickness of the tensile and compressive regions during the whole process, showing reliable safety performance and the potential of this stent design for future use to treat arterial coronary diseases Tese (Doutorado)

Al momento de diseñar tuneles poco profundos, un problema importante es la estabilidad del frente de excavación durante la etapa de construcción. Debido a la poca profundidad, eventuales inestabilidades pueden conducir fácilmente a fallas con graves consecuencias en la superficie, hay muchos factores involucrados en este evento, como lo son: los parámetros de resistencia, sobrecarga en la superficie, profundidad del túnel y la longitud de excavación sin soporte (L). Para analizar estos factores se desarrolla un algoritmo de programación en el software Matlab con las teorías analíticas de varios autores, entre los que se destacan Carranza Torres et al. (2013) y Enrique Tamez (1997). De igual manera, el análisis se complementa con una serie de modelaciones en el software ABAQUS 6.14-2, con el fin de generar un análisis de sensibilidad de los parámetros de resistencia (cohesión y fricción) y con ayuda de la metodología Strength Reduction Factor (SRF) llegar a calcular un factor de seguridad (FS) numérico. Definiendo así que el parámetro de resistencia más influyente en la estabilidad de un túnel circular superficial es la cohesión y evidenciando que, persiste una relación directamente proporcional entre estos parámetros de resistencia y el FS. An important problem, analyzed when designing shallow tunnels, is the stability of the excavation face during the construction stage. Due to the shallow depth, eventual instabilities can easily lead to faults with serious consequences in the surface, there are many factors involved in this event, such as: resistance parameters, surface overload, tunnel depth and excavation length without support (L). To analyze these factors, a programming algorithm is developed in the Matlab software with the analytical theories of several authors, among which Carranza Torres et al. (2013) and Enrique Tamez (1997). Similarly, the analysis is complemented with a series of modeling in the ABAQUS 6.14-2 software, in order to generate a sensitivity analysis of the resistance parameters (cohesion and friction) and with the help of the Strength Reduction Factor methodology ( SRF) get to calculate a factor of safety (FS). Defining thus that the most influential resistance parameter in the stability of a superficial circular tunnel is cohesion and showing that a directly proportional relationship persists between these resistance parameters and the FS. http://www.ustavillavicencio.edu.co/home/index.php/unidades/extension-y-proyeccion/investigacion Pregrado

[EN] Bone fracture is a social health problem of increasing magnitude because of its prevalence in aged population due to osteoporosis. Bone quality is often characterized by bone mineral density (BMD) measured at cancellous bone regions using dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). However, BMD alone cannot predict several cases because not only density is important, but also microstructure plays an important role in cancellous bone strength. The mechanical properties can be used as indicators of bone integrity as a function of age, disease or treatment. Therefore, cancellous bone fracture characterization and its relationship to microstructure has not been completely solved in the literature and is relevant to improve fracture prediction. In this thesis, we aim at characterizing cancellous bone morphometry and mechanical behavior. Morphometry is estimated through the analysis of micro-computed tomography (micro-CT) images of vertebral cancellous bone specimens. With regards to the mechanical behavior, we calculate elastic, yield and failure properties at the apparent and tissue levels. To determine them, we followed different approaches: compression tests, finite element models and micro-CT phantoms. We have developed finite element models that reproduce the elastic and failure response of cancellous bone under compression conditions. We modeled failure as a combination of continuum damage mechanics and the element deletion technique. The numerical models permitted to estimate elastic and failure properties. Failure properties were consistent with results reported in the literature. Specifically, our results revealed that yield strain is relatively constant (0.7 %) over a range of apparent densities, while failure strain presents a wider range of variation. A single strain parameter (equivalent strain) was found as an accurate descriptor of cancellous bone compression failure. Image-based numerical models usually need for the action of a technician to segment the images. Therefore, we studied the sensitivity to variations of the segmentation threshold on the morphometry and the elastic properties of vertebral cancellous bone specimens of different bone volume fractions. The apparent modulus is highly sensitive to the segmentation threshold. We report variations between 45 and 120 % for a ± 15 % threshold variation. Other parameters, such as BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D and fractal dimension were influenced significantly. Digital image correlation (DIC) was applied to images taken during compression testing to analyze displacement fields at failure and characterize them. Some variables were explored to describe failure and a study is done about how DIC parameters influence the strain field obtained. Facet and step sizes have a relevant effect on the failure strain estimation, and an increment of both parameters reduces the strain estimation up to 40 %. Besides, several parameters combination led to correct failure pattern detection, so values reported in the literature should be referred to the parameters used. Furthermore, we explored if cancellous bone microstructure acts (non-speckle/texture approach) as a proper pattern to calculate displacements using DIC technique. As regards relationships between microstructure and mechanics, single and multiple parameter analysis were performed to assess the morphometric variables that control the explanation of mechanical properties variation. Bone volume fraction (BV/TV), bone surface to volume ratio (BS/BV), mean trabecular thickness (Tb.Th) and fractal dimension (D) presented the best linear correlations to the elastic properties, while both the yield and failure strains did not show correlation to any morphometric parameter. The regressions obtained permit to estimate those mechanical properties that describe the state of a specimen., [ES] Las fracturas óseas constituyen un problema social de salud con magnitud creciente por su prevalencia en la población de edad avanzada debido a la osteoporosis. La calidad del hueso suele caracterizarse mediante la estimación de la densidad mineral ósea (DMO) en regiones de hueso trabecular, utilizando absorciometría de rayos X de energía dual (DXA). No obstante, la DMO por si sola no es capaz de predecir numerosos casos de fractura porque no solo importa la pérdida de densidad, sino que la microestructura también tiene un papel principal en la resistencia del hueso. Las propiedades mecánicas del hueso pueden usarse como indicadores de su integridad en función de la edad, enfermedad o tratamiento. Por lo tanto, la caracterización de la fractura de hueso trabecular y su relación con la microestructura no se ha resuelto de forma completa en la literatura y es relevante para mejorar las predicciones de fractura. En esta tesis, nuestro principal objetivo es caracterizar la morfometría y el comportamiento mecánico del hueso trabecular. Estimamos la morfometría a través del análisis de imágenes obtenidas por micro tomografía computerizada (micro-CT) de muestras de hueso trabecular vertebral de cerdo. Respecto al comportamiento mecánico, calculamos propiedades elásticas, de plasticidad y fractura a escala aparente y de tejido. Para determinar esas propiedades, hemos seguido diferentes procedimientos: ensayos a compresión, modelos de elementos finitos y fantomas de calibración micro-CT. Los modelos de elementos finitos desarrollados reproducen la respuesta elástica y de fallo bajo condiciones de compresión en hueso trabecular, modelando el fallo como combinación de mecánica del daño contínuo y la técnica de eliminación de elementos. Los modelos numéricos desarrollados han permitido estimar propiedades elásticas y de fallo. En concreto, las deformaciones de inicio de fallo estimadas son relativamente constantes para las muestras analizadas (0.7 %), mientras que las deformaciones últimas de fallo presentan un rango de variación mayor. Por otro lado, encontramos que la deformación equivalente es el descriptor más preciso del fallo a compresión del hueso trabecular. Normalmente, los modelos numéricos basados en imágenes suelen necesitar la acción de un técnico para segmentar las imágenes. En este sentido, estudiamos la sensibilidad de la morfometría y la estimación de propiedades elásticas ante variaciones en el umbral de segmentación en muestras con distinta fracción en volumen. Hemos obtenido que la rigidez aparente es muy sensible a cambios en el umbral de segmentación, con variaciones entre 45 y 120 % para una variación de ± 15 % del umbral de segmentación. Otros parámetros, como BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D y la dimensión fractal se ven afectados significativamente. Por otro lado, hemos aplicado la técnica correlación digital por imagen (DIC) para caracterizar campos de desplazamientos en el fallo a compresión del hueso trabecular, a partir del análisis de imágenes tomadas durante el ensayo de las muestras. Además, estudiamos la influencia de algunos parámetros de la técnica DIC en el campo de deformaciones obtenido. También, hemos explorado la aplicación DIC sin el uso de moteado, utilizando como patrón de reconocimiento la propia microestructura trabecular. En relación al estudio de la influencia de la microestructura en la respuesta mecánica, hemos calculado correlaciones de uno y varios parámetros para analizar qué variables morfométricas explican la variación de las propiedades mecánicas. La fracción en volumen de hueso (BV/TV), la relación entre el área y el volumen de hueso (BS/BV), el espesor trabecular medio (Tb.Th) y la dimensión fractal (D) presentan las mejores correlaciones lineales respecto a las propiedades elásticas, mientras que las deformaciones de inicio de plasticidad y fractura no mostraron correlación con ningún parámetro morfométrico., [CA] Les fractures òssies constitueixen un problema social de salut amb magnitud creixent per la seua prevalença en la població d'edat avançada a causa de l'osteoporosi. La qualitat de l'os sol caracteritzar-se mitjançant l'estimació de la densitat mineral òssia (DMO) en regions d'os trabecular, utilitzant absorciometria de raigs X d'energia dual (DXA). No obstant això, la DMO per si sola no és capaç de predir nombrosos casos de fractura perquè no sols importa la pèrdua de densitat, sinó que la microestructura també té un paper principal en la resistència de l'os. Les propietats mecàniques de l'os poden usar-se com a indicadors de la seua integritat en funció de l'edat, malaltia o tractament. Per tant, la caracterització de la fractura d'os trabecular i la seua relació amb la microestructura no s'ha resolt de manera completa en la literatura i és rellevant per a millorar les prediccions de fractura. En aquesta tesi, el nostre principal objectiu és caracteritzar la morfometria i el comportament mecànic de l'os trabecular. Estimem la morfometria a través de l'anàlisi d'imatges obtingudes per micro tomografia automatitzada (micro-CT) de mostres d'os trabecular vertebral de porc. Respecte al comportament mecànic, calculem propietats elàstiques, de plasticitat i fractura a escala aparent i de teixit. Per a determinar aqueixes propietats, hem seguit diferents procediments: assajos a compressió, models d'elements finits i fantomas de calibratge micro-CT. Hem desenvolupat models d'elements finits que reprodueixen la resposta elàstica i de fallada sota condicions de compressió en os trabecular, modelant la fallada com a combinació de mecànica del dany continu i la tècnica d'eliminació d'elements. Els models numèrics desenvolupats han permés estimar propietats elàstiques i de fallada. Les nostres estimacions respecte a propietats de fallada són consistents amb valors reportats en la literatura. En concret, les deformacions d'inici de fallada estimades són relativament constants per a les mostres analitzades (0.7 %), mentre que les deformacions últimes de fallada presenten un rang de variació major. D'altra banda, trobem que la deformació equivalent és el descriptor més precís de la fallada a compressió de l'os trabecular. Els models numèrics basats en imatges solen necessitar l'acció d'un tècnic per a segmentar les imatges. En aquest sentit, estudiem la sensibilitat de la morfometria i l'estimació de propietats elàstiques davant variacions en el llindar de segmentació en mostres amb diferent fracció en volum. Hem obtingut que la rigidesa aparent és molt sensible a canvis en el llindar de segmentació, amb variacions entre 45 i 120 % per a una variació de ± 15 % del llindar de segmentació. Altres paràmetres, com BS/BV, BS/TV, Tb.Sp, Tb.N, Conn.D i la dimensió fractal es veuen afectats significativament. D'altra banda, hem aplicat la tècnica correlació digital per imatge (DIC) per a caracteritzar camps de desplaçaments en la fallada a compressió de l'os trabecular, a partir de l'anàlisi d'imatges preses durant l'assaig de les mostres. A més, estudiem la influència d'alguns paràmetres de la tècnica DIC en el camp de deformacions obtingut. També, hem explorat l'aplicació DIC sense l'ús de clapejat, utilitzant com a patró de reconeixement la pròpia microestructura trabecular. En relació a l'estudi de la influència de la microestructura en la resposta mecànica, hem calculat correlacions d'un i diversos paràmetres per a analitzar quines variables morfomètriques expliquen la variació de les propietats mecàniques. La fracció en volum d'os (BV/TV), la relació entre l'àrea i el volum d'os (BS/BV), la espessor trabecular mitjà (Tb.th) i la dimensió fractal (D) presenten les millors correlacions lineals respecte a les propietats elàstiques, mentre que les deformacions d'inici de plasticitat i fractura no van mostrar correlació amb cap paràmetre morfomètric.

O processo de rosqueamento interno com macho de corte, apesar de ser realizado muito rapidamente, é uma operação muito complexa. Isso se dá pela dificuldade de sincronismo entre o movimento de rotação da ferramenta com seu avanço, além do macho de corte ser uma ferramenta de geometria complexa. Essa operação, é, ainda, pouco estudada pela comunidade científica e não se conhece todas as suas singularidades. Nos últimos anos, pesquisadores passaram a utilizar métodos numéricos, principalmente o método dos elementos finitos (MEF), para tentar estudar os processos de usinagem através de modelos matemáticos. Dessa maneira, esse trabalho tem como objetivo propor um modelo tridimensional da ferramenta do processo de rosqueamento interno para estudar essa operação e as particularidades do macho de corte, usando o software comercial AdvantEdge para isso, através do MEF. Para estudar esse tipo de rosqueamento, foi proposto um modelo tridimensional onde a ferramenta foi seccionada após a segunda carreira de filetes da sua parte cilíndrica e cortou apenas o primeiro filete de rosca no furo, momento esse, onde as forças e o torque apresentam os seus valores máximos. Foram feitos testes para se estudar o erro de sincronismo do processo, variou-se o tipo de revestimento da ferramenta, o tipo de detalonamento utilizado, o número de canais na ferramenta e seu ângulo de chanfro. Os resultados das simulações mostraram que é possível se estudar o processo de rosqueamento interno através do modelo tridimensional proposto. O torque e as forças de avanço diminuem com o aumento do número de canais da ferramenta. Essas duas variáveis aumentam quando se aplica um revestimento no macho. Elas também são muito sensíveis a uma alteração no avanço por volta da ferramenta, e quanto mais distante do ideal (1 mm/volta) maiores são as alterações que elas sofrem. O tipo de detalonamento tem bastante impacto na força na direção do avanço, sendo que o detalonamento do tipo reto apresenta as menores forças. O ângulo de chanfro apresentou uma grande influência no torque do processo, aumentando à medida que esse ângulo diminui. Internal thread tapping is a very quick, but complex, manufacturing process. This is due, mainly, for two reasons: the difficulty of synchronizing the rotational movement of the tool with its advance and the complex geometry of a cutting tap. This operation, therefore, is still little studied by the scientific community and not all of its peculiarities are known. In recent years, researchers have used numerical methods, especially the finite element method (FEM), to try to study machining processes through mathematical models. Thus, this work aims to propose a three-dimensional model of the tapping process to study the operation and the particularities of your tool, using the commercial software AdvantEdge to solve this model through the FEM. To study this type of threading, a three-dimensional model was proposed where the tool was sectioned after the second row of its cylindrical threads and cut only the first thread fillet in the hole, at which time the forces and torque develop in their maximum values. With this simplified model, tests were made to study the synchronization error, varying the type of tool coating, the type of tool radial relief used, the number of flutes in the tool and its chamfer angle. The simulation results showed that it is possible to study the internal threading process through the proposed three-dimensional model. Torque and thrust forces decrease as the number of tool flutes increases. These two variables increase when a coating is applied to the tool. They are also very sensitive to a change in feed rate around the tool, and the farther from the ideal (1 mm/revolution) the greater the changes they undergo. The type of radial relief has a great impact on the force in the feed direction, and the flatted land relief type presented the lowest force. The chamfer angle has a great influence on the process torque, increasing it as this angle decreases. Dissertação (Mestrado)

El diseño de la chapa que sujeta la rueda en un carrito de supermercado es una tarea compleja que se debe desarrollar con ciertos criterios para su construcción. Por este motivo, el diseño de la pieza y su método de fabricación a través de una matriz progresiva de corte, embutición y doblado son esenciales para su posterior construcción. En primer lugar, se realiza un estudio de elementos finitos con un rediseño de la chapa con unas cotas que se deben de cumplir para verificar que soportará todas las fuerzas que actúan cuando se carga el carro de la compra. Además, se realizará en función de un material escogido teniendo en cuenta sus propiedades. Una vez se ha obtenido el diseño de la pieza, se realiza el diseño del troquel con todos los cálculos y elementos escogidos de diferentes fabricantes para garantizar el máximo uso de elementos normalizados. A su vez, el diseño de la banda y su simulación en cada una de las etapas que realiza la matriz, juegan un papel muy importante para los pequeños detalles, tanto en la pieza como en el troquel. Las vueltas de calidad que se han realizado durante el diseño de la pieza, de la banda y del troquel han sido de vital importancia para garantizar un diseño correcto y evitar anomalías en cualquier punto del proyecto. En el ámbito medioambiental, se han aplicado estrategias de Eco diseño para valorar en qué puntos se ha mejorado y en cuáles todavía hay margen de mejora, tanto a nivel de reciclaje como de vida de uso del producto. Para finalizar, se ha realizado todo el ciclo completo de diseño y validación en la creación de una pieza de chapa metálica, incluyendo las operaciones más habituales en matricería (corte, doblado y embutición).

Se ha realizado un análisis del software libre de elementos finitos, disponible en internet, para su aplicación al estudio electromagnético de Máquinas Eléctricas, con vistas a la sustitución del software de elementos finitos utilizado hasta ahora en el laboratorio de las asignaturas de Máquinas Eléctricas (programas Cosmos/M y Cosmos EMS). Los softwares libres explorados han sido FEMM, Onelab y ELMERFEM. Tras estudiar sus diversas funciones se concluye que sí existe un software libre idóneo para el propósito antes mencionado que es el programa FEMM. Se han desarrollado varios ejemplos del tipo magnetostático. También se han realizado dos ejemplos preparados con el programa Cosmos/M para comparar los resultados obtenidos con ambos programas, FEMM y Cosmos/M, siendo muy similares los valores obtenidos en ambos casos. An analysis of the free finite element software, available on the Internet, has been carried out for its application to the electromagnetic study of Electrical Machines, with a view to replacing the finite element software used until now in the laboratory of the Electrical Machines subjects (Cosmos/M and Cosmos EMS programs). The free software explored has been FEMM, Onelab and ELMERFEM. After studying its various functions, it is concluded that there is a free software suitable for the aforementioned purpose which is the FEMM program . Several examples of the magnetostatic type have been developed. Two examples prepared with the program Cosmos/M have also been made to compare the results obtained with both programs, FEMM and Cosmos/M, being very similar the values obtained in both cases., Departamento de Ingeniería Eléctrica, Grado en Ingeniería Eléctrica

La quimiotaxis es el fenómeno por el que los organismos unicelulares o pluricelulares dirigen sus movimientos como respuesta a estímulos químicos. Su formulación matemática, basada en las ecuaciones de Keller-Segel, da lugar a sistemas de ecuaciones en derivadas parciales no lineales de extremada riqueza y complejidad por los fenómenos que incluyen. El desarrollo de métodos numéricos que permitan la aproximación de la solución de este tipo de modelos es, asimismo, objeto de gran interés y conforma una considerable fuente de investigación. El objetivo de este trabajo es el estudio y clasificación de algunos de los métodos numéricos de tipo elementos finitos que se aplican para la resolución numérica de las ecuaciones clásicas de Keller-Segel. En concreto, se estudiarán esquemas en tiempo aún no descritos en la literatura y se plantearán otros esquemas avanzados de tipo corrección de flujo con el fin de garantizar la conservación de propiedades como la positividad., Chemotaxis is the phenomenon by which unicellular or multicellular organisms direct their movements in response to chemical stimuli. Its mathematical formulation, based on the Keller-Segel equations, gives rise to systems of nonlinear partial differential equations of extreme richness and complexity due to the phenomena they include. The development of numerical methods that allow the approximation of the solution of this type of models is also object of great interest and form a considerable source of research. The objective of this work is the study and classification of some of the numerical methods of the finite element type that are applied for the numerical resolution of the classical Keller-Segel equations. Specifically, time schemes not yet described in the literature will be studied and other advanced flux correction type schemes will be proposed in order to guarantee the preservation of properties such as positivity., 69 páginas

Se pretende estudiar el calentamiento de un gas que circula por una tubería utilizando inducción electromágnetica. Como conclusión del trabajo se busca analizar el campo electromagnético y la distribución de temperaturas y estimar la eficiencia de la transmisión de calor. También se pretende estudiar la influencia del material y la configuración del calentador.

A fragilizacao estrutural devido ao processo de rebitagem vem sendo pesquisada em diversos componentes, como por exemplo, em estruturas aeronauticas. Este processo afeta a confiabilidade dos equipamentos quando sao submetidos aos carregamentos de operacao. O rotor de alta pressao em estudo operou cerca de 3000 horas apos a manutencao de repalhetamento ate detectar a falhar. Esta falha foi relacionada com as tecnicas utilizadas no processo de rebitagem das bandagens nas palhetas, que acabou gerando trincas no raio de arredondamento das espigas de diversas palhetas. Deste modo, o presente estudo avalia numericamente o comportamento mecânico do processo de rebitagem por meio de uma analise nao linear utilizando o metodo dos elementos finitos (MEF). Para a geometria em analise (puncao, espiga e bandagem) foi escolhido uma configuracao 2D, com comportamento axisymmetric, utilizando o elemento plane183 para os componentes, assim como os elementos contac172 e targe169 para os contatos. Foi aplicado um comportamento elasto-plastico do material a fim de investigar as tensoes residuais apos do processo de rebitagem. Os resultados da simulacao apresentaram boa correlacao com as falhas das palhetas, indicando concentracao de tensao no raio da espiga. As tensoes proximas ao raio sao aproximadamente 1200 MPa e 180 MPa para a tensao maxima e minima principal, respectivamente. Foi observado que a tensao maxima principal esta acima do limite de escoamento. Contudo, estudos futuros utilizando outros modelos, como o da mecânica da fratura, seriam aplicados a fim de que nao ocorra a falha da uniao quando esta for solicitada na fase de operacao. Palavras-chave: Processo de rebitagem, elementos finitos, analise nao linear, tensao residual.

Objetivo: El diagnóstico de osteoporosis se ha fundamentado en la medición de la densidad mineral ósea, si bien esta variable tiene una capacidad limitada en la discriminación de pacientes con o sin fracturas. La aplicación del análisis de elementos finitos (FE) sobre imágenes volumétricas de tomografía computarizada ha mejorado la clasificación de sujetos hasta 90%, aunque la dosis de radiación, complejidad y coste no aconsejan su práctica regular. Nuestro objetivo es aplicar el análisis FE a modelos tridimensionales con absorciometría radiológica dual (3DDXA), para clasificar pacientes con fractura osteoporótica de fémur proximal y sin fractura. Material y métodos: Se selecciónó una cohorte de 111 pacientes con osteoporosis densitométrica: 62 con fractura y 49 sin ella. Se utilizaron modelos FE sujetoespecíficos para el impacto, como la simulación estática de la caída lateral. Las simulaciónes de impacto permiten identificar la región crítica en el 95% de los casos, y la respuesta mecánica a una fuerza lateral máxima. Se realizó un análisis mediante un clasificador discriminativo (Support Vector Machine) por tipo de fractura, tejido y género, utilizando las mediciónes DXA y parámetros biomecánicos. Resultados: Los resultados mostraron una sensibilidad de clasificación del 100%, y una tasa de falsos negativos de 0% para los casos de fractura de cuello para el hueso trabecular en las mujeres. Se identifica la variable tensión principal mayor (MPS) como el mejor parámetro para la clasificación. Conclusión: Los resultados sugieren que el uso de modelos 3DDXA podría ayudar a discriminar mejor a los pacientes con elevado riesgo de fracturarse. Objetive: The diagnosis of osteoporosis has been based on the measurement of bone mineral density, although this variable has a limited capacity in discriminating patients with or without fractures. The application of finite element analysis (FE) on computed tomography volumetric images has improved the classification of subjects by up to 90%, although the radiation dose, complexity, and cost do not favor their regular practice. Our objective is to apply FE analysis to threedimensional models with dualenergy xray absorptiometry (3DDXA), to classify patients who present osteoporotic fracture of the proximal femur and those without fracture. Material and methods: A cohort of 111 patients with densitometric osteoporosis was selected: 62 with fracture and 49 without it. Subjectspecific FE models for impact were used, such as static simulation of lateral fall. Impact simulations allow identifying the critical region in 95% of cases, and the mechanical response to maximum lateral force. An analysis was performed using a discriminative classifier (Support Vector Machine) by fracture type, tissue and gender, using DXA measurements and biomechanical parameters. Results: The results showed a classification sensitivity of 100%, and a false negative rate of 0% for cases of neck fracture for trabecular bone in women. The variable major main stress (MPS) is identified as the best parameter for the classification. Conclusion: The results suggest that using 3DDXA models help in order to better discriminate patients with raised fracture risk. Este estudio ha sido posible gracias al soporte a la investigación que ha supuesto la beca FEIOMM y ayuda financiera del MINECO (RYC-2015-18888).

La importancia del deporte en nuestra sociedad, hace necesaria la implicación de la ingeniería en este ámbito. El pádel en concreto, es el deporte que más ha crecido en los últimos años, de este auge nace el trabajo realizado, gracias a la colaboración de la empresa Shark Pádel y la Universidad de Málaga. Se comienza con la exposición teórica del tema a analizar, hablando del pádel, de la influencia que tienen los modelos de palas en el juego, tanto a nivel amateur como profesional. Posteriormente se describer la pala de estudio, además de sus componentes (fibra de carbono, fibra de vidrio, espuma y braiding). Se da una base teórica que sirva de comprensión al lector sobre el tema que se trata, se habla de propiedades y características de materiales compuestos, el método de los elementos finitos, tipos de análisis temporales... Partiendo de la base teórica, se pasa a los ensayos realizados, dando ciertas nociones teóricas y explicando el proceso llevado a cabo. Se realizan ensayos cuasi-estáticos, para caracterizar la rigidez de nuestra pala, ensayos de alta velocidad (impacto), para tratar de simular un golpe sobre la propia pala y ensayos para la caracterización de la espuma. En la parte numérica se simulan los ensayos realizados. En primer lugar, se caracteriza el comportamiento estático de la pala, con el objetivo de minimizar el error producido en el análisis de impacto, asegurando de tener bien caracterizados los materiales componentes de nuestro modelo. En segundo lugar, trataremos de caracterizar el ensayo de impacto realizado en el laboratorio con la máquina de ensayos INSTRON CEAST 9350. El último paso consiste en realizar la correlación numérico-experimental, se analizan dichos resultados y se obtienen conclusiones. En colaboración con la empresa malagueña Shark Pádel

“El cambio climático se debe a la actividad humana (Arrhenius, 1896) ” “El cambio climático se acelera (Keeling, 1958)”. Éstas, de algún modo u otro, son algunas de las frases que más escuchamos y vemos en los canales de comunicación a los que podemos tener acceso. Reducir la aparición de este tipo de afirmaciones reales gracias a proyectos como los desarrollados en este trabajo de fin de grado y que también sea una realidad el poder afirmar que la sociedad actual está consiguiendo reducir los niveles de contaminación emitidos, son algunos de los propósitos que se quieren alcanzar con la elaboración de estudios como el que el lector leerá en estas páginas. A lo largo de este proyecto, se podrá entender que existe la posibilidad de poder conseguir una mejora sustancial en la calidad del medio ambiente reduciendo las emisiones de CO2 gracias a una reducción en la demanda de energía consumida en todo tipo de edificios. Para ello, se desarrollará un estudio termo-mecánico de un material con base cemento al que se le añadirán, en diferentes porcentajes, un material “PCM” (Material con cambio de fase). El objetivo principal de este trabajo será comparar y comprobar los resultados obtenidos mediante un programa de elementos finitos (Ansys), frente a las conclusiones del estudio práctico desarrollado por investigadores de TU Delft [1]. Ingeniería

Con la creciente importancia de los materiales compuestos en la industria, se hace cada vez más importante encontrar la forma de reparar posibles roturas o fisuras. A través de este proyecto se pretenden determinar cuáles son las zonas en las que es más probable que aparezcan dichos fallos en piezas de composite termoconformadas, que obligan a operaciones de reparación y saneamiento posteriores, así como la influencia del conformado de las mismas sobre los moldes. El conocimiento de esas zonas de fallo permitirá establecer las formas de diseño que reducirán el ratio de rechazo y el aumento de utilización de ese material en un mayor número de aplicaciones que las actuales. El proyecto se basa en el desarrollo de un utillaje para termoconformado de materiales compuestos y su posterior análisis mediante un modelo por elementos finitos del mismo. With the growing importance of composite materials in industry, it is becoming increasingly important to find ways to repair possible breaks or cracks. This project aims to determine the areas where such failures are most likely to appear in thermoformed composite parts, which require subsequent repair and refurbishment operations, as well as the influence of the forming of these on the dies. The knowledge of these failure areas will allow the establishment of design approaches that will reduce the reject rate and increase the use of this material in a larger number of applications than in the present. The project is based on the development of a tool for thermoforming composite materials and its subsequent analysis by a finite element model of it. Graduado o Graduada en Ingeniería Mecánica por la Universidad Pública de Navarra Ingeniaritza Mekanikoko Graduatua Nafarroako Unibertsitate Publikoan

Este proyecto está enfocado en la estrategia de la modelización y simulación de impactos de alta velocidad relacionados con impactos altamente energéticos en aeronaves, como pueden ser los UERF (uncontained engine rotor failure), WTF (Wheel and tyre failure) o escombros en la pista, que pueden conllevar riesgos e incluso eventos catastróficos. La certificación de los componentes de una aeronave sujetos a las amenazas mencionadas anteriormente se hace por ensayos y/o simulaciones numéricas. En el caso de las simulaciones, los modelos y la metodología tienen que ser correlados y validados siguiendo una pirámide de ensayos. Este trabajo entra en el nivel bajo de la pirámide de ensayos, que consiste en la validación de la metodología sobre el material impactado. Se estudia el impacto balístico de un proyectil esférico contra un panel de aluminio 2024-T3 con un espesor de 2mm. con la intención de evaluar los diferentes métodos de modelización, sensibilidad y precisión de los resultados, así como el tiempo de computación. Por eso se han desarrollado diferentes modelos de elementos finitos mediante elementos 2D y 3D con el objetivo de realizar una comparación cualitativa del resultado y de evaluar, mediante los diferentes métodos de modelización, el comportamiento en el límite balístico, la velocidad residual, el modo de fallo y la precisión de los resultados, con el fin de definir la correcta aplicación de cada modelo dependiendo de las necesidades de análisis. Para los análisis se utiliza ABAQUS v2017. This project is focused on the modelling strategy and high velocity impact simulations concerning highly energetic impacts on aircrafts, such as the UERF (uncontained engine rotor failure), the WTF (Wheel and tyre failure) or the presence of debris on the runway that can lead to risks and even catastrophic situations. The certification of aircraft components exposed to any of the threads mentioned above, are carried out by experimental tests and/or numeric simulations. In this later case, the used models and methodology must be correlated and validating according to a building block approach. The present work enters in the lowest levels of the test pyramid and consists of the validation of the methodology regarding the impacted. The numerical analysis concerns a ballistic impact occurring between a spherical projectile against an aluminium 2024T3 panel of 2mm thickness. The aim is to evaluate the existing methods for modelling, sensibility, accuracy and computational time. Consequently, different models using 2D and 3D finite elements have been developed, with the objective of making a qualitative comparison of the obtained results and evaluating the behaviour of the ballistic limit, residual velocities and failure mode by means of different modelling methods in order to determine the correct application of each model depending on the analysis requirements. ABAQUS v2017 is used for the pre and post processing analysis. Ingeniería Mecánica

The use of steel-concrete composite beams allows the best properties of these materials to be explored, resulting in more economical solutions. Many researchers have studied the behavior of composite beams from different strategies of numerical modeling, and some of these are presented in this article. In this context, the present work proposes the construction of a tridimensional numerical model using ANSYS software, version 19.2, with current-technology elements and compatible material models. For the simulation of concrete behavior, two models have been used: the first, denominated DP-CONCRETE, is a native ANSYS model, available in the more recent versions of this software; and the second, denominated USERMAT, is a customizable model that was developed based on Ottosen criterion. The results obtained with these models for the analyzed beams presented a good correlation with the experimental results and with numerical results from previous works. resumo: O emprego de vigas mistas de aço e concreto permite que sejam exploradas as melhores características mecânicas desses materiais, resultando em soluções estruturais mais econômicas. Vários pesquisadores estudaram o comportamento de vigas mistas a partir de diferentes estratégias de modelagem numérica, algumas das quais são apresentadas neste artigo. Dentro desse contexto, propõe-se a construção de um modelo numérico tridimensional com o software ANSYS, versão 19.2, utilizando elementos finitos atuais e modelos de materiais compatíveis com eles. Para a simulação do comportamento do concreto, foram utilizados dois modelos, o primeiro denominado DP-CONCRETE, disponibilizado nas versões mais recentes do ANSYS; e o segundo customizado com a interface USERMAT, e que tem por base o critério de Ottosen. Os resultados obtidos para as vigas analisadas apresentaram boa correlação com os resultados experimentais e com resultados numéricos de trabalhos anteriores.

RESUMEN: El presente Proyecto surge de la necesidad de diseñar un cuadro de bicicleta, para la modalidad de ciclismo en carretera, que cumpla las exigencias aplicables a esta disciplina, que es la más practicada. Son dos las partes en que se divide este proyecto: 1. Diseño en software CAD. Mediante Inventor se ha construido la totalidad de cuadro en formato 3D, mediante la definición de la geometría en bruto (2D) y la posterior definición de las secciones de tubo. Estas secciones son solevadas a lo largo de la longitud total de los tubos, consiguiendo el 3D final de la pieza. 2. Se hace uso del software Ansys con el que, por medio del método de elementos finitos (MEF), se consigue la simulación de los 5 ensayos correspondientes al apartado número 6, métodos de ensayo del cuadro y la horquilla, de la norma UNE-EN-ISO 4210, requisitos de seguridad para bicicletas. Se trata de 3 ensayos de fatiga: por fuerzas horizontales, fuerzas verticales y fuerzas de pedaleo; y 2 ensayos de impacto, con la inclusión de percutores o masas ancladas a distintas posiciones del cuadro. El presente Proyecto consigue un resultado atractivo con la resistencia estructural requerida y con un peso que se ajusta a la perfección a los de las marcas más punteras. El coste total para construir una sola unidad asciende a 5926,21 EUROS. ABSTRACT: This Project comes from the demand of desing a bike frame, specificly for road cycling, that fulfill the requirements applicable to this discipline, which it is the most practiced. The Project is divided in two parts: 1. Design in CAD software. Through Inventor it has been built the whole frame in 3D format, through the definition of the raw geometry (2D) and the later definition of the tubes sections. These sections are licked along the total tube longitude, getting the final model in 3D. 2. It is used the software Ansys with which, through the finite elements method (FEM), it is got the simulation of the 5 tests corresponding to the document 6, frame and fork test methods, of the norm UNE-EN-ISO 4210, security requirements for bicycles. It is about three fatigue test: by horizontal loads, vertical loads and pedaling loads; and two impact test, by the action of a firing pin and adding masses in diferent points of the frame. The present Proyect achieve an atractive result with the structural resistence required and a very good wheight, that fullfil perfectly to those of the best brands of the market. The final cost for building only one part amount to 5926,21 EUROS. Grado en Ingeniería Mecánica

Para validar los resultados se han comparado con los datos de publicaciones existentes. Como conclusión principal de esta tesis se tiene que se ha conseguido crear satisfactoriamente un Modelo de Elementos Finitos del Oído Interno mediante un algoritmo semiautomático lo más realista posible. Otra conclusión obtenida, es que el análisis de la Impedancia no depende en gran medida de la geometría del oído interno, obteniéndose valores semejantes en los resultados a modelos más simples de la literatura, no obstante, respecto a la Energía Absorbida, los resultados obtenidos muestran algunas diferencias. Fecha de lectura de Tesis Doctoral: 21 noviembre 2019 La presente tesis constituye una nueva aportación al estudio del oído interno del Sistema Auditivo Humano. El objetivo primordial es realizar un modelo del oído interno, en elementos finitos, lo más representativo posible de la realidad. Para ello se ha realizado un algoritmo semiautomático que utiliza la información geométrica obtenida de 19 tomografías sacadas del modelo EPL-3D, a través de procesamiento de imágenes, para crear el modelo geométrico que consta de una cóclea en espiral, compuesta por escala vestibular, escala timpánica, membrana basilar, membrana de Reissner y ventana redonda; acoplada a la cadena osicular con su modelo numérico asociado utilizando el MEF. Para la construcción del modelo de elementos finitos ha sido necesario construir un total de 20 secciones transversales de la cóclea para, después, poder transportarlos a ANSYS y realizar el modelo de EF. Dicho algoritmo se define semiautomático debido a que es necesaria la intervención humana para determinar el marco de interés, así como qué tomografías se van a utilizar para cada una de las secciones transversales, mientras el resto de los procesos los realiza de forma automática, tanto en MATLAB como en ANSYS. El desarrollo de este algoritmo ha sido una de las aportaciones originales de esta tesis, pues hasta la fecha no se ha desarrollado ningún modelo que permita el modelado automático de la geometría del oído interno. Por último, se ha realizado un análisis de la Energía Interna Absorbida por el oído interno para determinar la influencia de los diferentes elementos del SAH en la transferencia del sonido. Para ello se han estudiado tres modelos: uno compuesto por el canal auditivo externo (CAE) y la membrana timpánica (MT); un segundo, compuesto por el CAE, MT, cadena osicular (CO) y cóclea simplificada; y el tercero, compuesto por CAE, MT, CO y cóclea completa, obtenida por nuestro algoritmo. La obtención de la curva de Energía Absorbida ha conllevado el procesado de 3.285.080 datos.

La reanimación cardiopulmonar (RCP) es una técnica de primeros auxilios que con demasiada frecuencia ignora la fisiología ósea del paciente. Los factores que afectan al riesgo de realizar una RCP fueron investigados utilizando un modelo de caja torácica humana mediante el Método de Elementos Finitos (MEF). Se evaluaron dos variables de respuesta del modelo: el desplazamiento del esternón y la tensión equivalente de Von Mises en la caja torácica. Basándose en el desplazamiento del esternón es posible determinar cuando la RCP es apropiada, según las directrices propuestas por la Asociación Americana del Corazón (AHA). El modelo de elementos finitos de la caja torácica incluyó tres tejidos: los tejidos óseos cortical y trabecular y el tejido cartilaginoso. En primer lugar, se examinó el rango habitual de variación de las propiedades elastoplásticas de estos materiales. En segundo lugar, el modelo fue sometido a un análisis de sensibilidad para evaluar la influencia de estas propiedades elastoplásticas en la RCP. El estudio reveló que las propiedades elásticas del tejido cartilaginoso son decisivas para realizar una RCP adecuada. Asimismo, las propiedades del tejido trabecular tienen una influencia significativa en la RCP, siendo menos importantes las propiedades del tejido cortical. Los resultados sugieren que el cambio en las propiedades mecánicas de estos tejidos con la edad y las enfermedades óseas deberían considerarse al realizar la RCP. Cardiopulmonary resuscitation (CPR) is a first aid technique that too often ignores the bone physiology of the patient. Factors affecting the risk of performing a CPR were investigated using a full human ribcage FE-model, representing an average human adult. Two response variables of the FE-model were evaluated: the displacement of the sternum and the equivalent Von Mises stress in the ribcage. Based on the displacement of the sternum is possible to determine when the CPR is appropriate, according to the guidelines proposed by the American Heart Association (AHA). The ribcage FE-model included three tissues: cortical and trabecular bone tissue and cartilaginous tissue. First, the usual range of variation of the elastoplastic properties of these materials was examined. Secondly, the model was subjected to a sensitivity analysis to evaluate the influence of these elastoplastic properties on CPR. The study revealed that the elastic properties of the cartilage tissue are decisive to perform an adequate CPR. Likewise, the properties of the trabecular tissue have a significant influence on CPR, with the properties of the cortical being less important. The results suggest that the change in mechanical properties of these tissues with age and bone disease should be considered when performing CPR. La reanimació cardiopulmonar (RCP) és una tècnica de primers auxilis que amb massa freqüència ignora la fisiologia òssia del pacient. Els factors que afecten el risc de realitzar una RCP van ser investigats utilitzant un model de caixa toràcica humana mitjançant el Mètode d'Elements Finits (MEF). Es van avaluar dues variables de resposta del model: el desplaçament de l'estèrnum i la tensió equivalent de Von Mises en la caixa toràcica. Basant-se en el desplaçament de l'estèrnum és possible determinar quan la RCP és apropiada, segons les directrius proposades per l'Associació Americana del Cor (AHA). El model d'elements finits de la caixa toràcica va incloure tres teixits: els teixits ossis cortical i trabecular i el teixit cartilaginós. En primer lloc, es va examinar el rang habitual de variació de les propietats elastoplàstiques d'aquests materials. En segon lloc, el model va ser sotmès a una anàlisi de sensibilitat per a avaluar la influència d'aquestes propietats elastoplàstiques en la RCP. L'estudi va revelar que les propietats elàstiques del teixit cartilaginós són decisives per a realitzar una RCP adequada. Així mateix, les propietats del teixit trabecular tenen una influència significativa en la RCP, sent menys importants les propietats del teixit cortical. Els resultats suggereixen que el canvi en les propietats mecàniques d'aquests teixits amb l'edat i les malalties òssies haurien de considerar-se en realitzar la RCP.

Este proyecto consiste en el diseño de una protección femenina, más concretamente, un chaleco antibalas. Se realizará un estudio previo sobre el tema y a continuación se abordarán diferentes aspectos tales como el diseño del chaleco y un análisis de resistencia a impactos de bala. El primer aspecto a tener en cuenta es el estudio del cuerpo femenino, ya que presenta una morfología diferente a la del cuerpo masculino, siendo este último predominante en el sector de la seguridad, haciendo más necesario aun el diseño de este chaleco para la mujer. Posteriormente se llevará a cabo la realización de un modelo en 3D mediante el software de CAD Autodesk Inventor. El diseño incluirá un torso femenino, así como un chaleco antibalas adaptado a la mujer. También se realizará un modelo en 3D de una bala, para poder realizar un estudio final. Por último, realizaremos un ensayo de resistencia al impacto balístico a través del programa ABAQUS CAE, que utiliza el método de los elementos finitos para conocer con detalle la resistencia y el comportamiento mecánico del chaleco ante el impacto de una bala. De esta manera, podremos observar como el chaleco antibalas diseñado resiste ante diferentes impactos de bala. Ingeniería Mecánica

Comprender el comportamiento de la presion plantar en adultos mayores y los factores que influyan sobre la misma es de interes para varios investigadores debido al acelerado envejecimiento de la poblacion y las consecuencias que este fenomeno conlleva. En este trabajo se realizo una simulacion en 3D del pie humano durante la marcha utilizando el metodo de los elementos finitos, para el estudio se utilizaron los datos de varios adultos mayores, el promedio nacional de adultos mayores y un individuo joven como control. Se obtuvo la presion pico y el area de contacto, encontrando que existen parametros intrinsecos que modifican la huella plantar en un adulto mayor, como el peso y la estatura, a mayor peso mayor presion pico, y a mayor estatura menor region de contacto. Los hombres presentan mayor area de contacto durante la marcha que las mujeres; mientras que los jovenes tienen una mayor presion pico que el resto de la poblacion. Este estudio encontro valores de presion pico promedio en los adultos mayores, los resultados fueron: 7,325±3,97 psi en la fase de apoyo de talon, 14,25±1,60 psi en la fase de transferencia de carga y 16 ±7,77 psi en la fase de despegue de talon.

O presente trabalho apresenta uma contribuição ao estudo do contato entre corpos elásticos sob atrito seco, aplicado para o caso de um cilindro em contato com um semi-plano, sob carga normal e torque, no estado plano de tensão. Trabalhou-se com o software comercial Ansys 5.0, que utiliza o método de Elementos Finitos, e com métodos experimentais de Fotoelasticidade Plana e Fotoelasticidade Tridimensional, para obter o estado de tensão na região de contato e fazer a comparação dos resultados. O estudo envolveu três diferentes abordagens, a muito conhecida Teoria do Contato Elástico de Hertz, o contato com carga normal sob rugosidade e atrito e o contato com carga normal sob rugosidade, atrito e torque. Para cada caso, apresentou-se não só o campo de tensões cisalhantes máximas nos corpos e suas variações, como também a área de contato. Outro aspecto importante analisado, foi a variação do módulo de Young de um dos corpos, com o objetivo de comparar o campo de tensões independente de qual dos corpos em contato sofreu esta variação. Este trabalho identifica a maior tensão cisalhante máxima e as coordenadas em que esta ocorreu, como importante parâmetro no estudo do contato entre corpos. The work presents a contribution to the study of elastic bodies in dry friction contact. This study is applied to the case of a cylinder in contact with a half-space, under normal and torque loading, in a plane stress State. In order to obtain the State of stresses nearby the contact region and compare results, it was used the Finite Element Program Ansys 5.0 and the Experimental Techniques of Plane Photoelasticity and Tridimensional Photoelasticity. This study envolved three different approaches, namely the well known Hertz's Theory of Elastic Contact, contact under normal loading with roughness and friction and contact under normal loading with roughness, friction and an applied torque. For each case, it has been presented not only the maximum shearing stress field in the bodies and their variations, but also the contact area. Another important aspect analized was the variation of Young modulus in one of the bodies, aiming a comparison of the stress field independently of which of the bodies in contact suffered that variation. This work identifies the greatest maximum shear stress and its coordinates as an important parameter in the study of contact between solid bodies. Dissertação (Mestrado)

Concrete is a material that presents time-delayed effects associated with creep and shrinkage phenomena. The numerical modeling of the creep is not trivial because it depends on the age of the concrete at the time of loading, which makes necessary to store the history of loads to apply the principle of superposition. However, a problem formulated in finite elements has many points of integration, making this storage impossible. The Theory of Solidification, together with incremental algorithm developed by Bazant e Prasannan ([1], [2]), solves this problem. Therefore, this paper presents the adaptation of this algorithm to a finite element commercial software (ANSYS) considering the creep, according to the CEB-FIP Model Code 1990 [3]. The results demonstrate that the deformations provided by this adaptation are in accordance with the analytical solution given by the CEB-FIP MC90, including cases where the loads are applied at different ages of the concrete. Resumo O concreto é um material que apresenta efeitos diferidos no tempo, que estão associados aos fenômenos de fluência e retração. A modelagem numérica da fluência não é trivial, pois depende da idade do concreto no instante de aplicação do carregamento, o que torna necessário armazenar a história de carga para posterior aplicação do princípio da superposição dos efeitos. Contudo, um problema formulado em elementos finitos possui muitos pontos de integração, tornando esse armazenamento impossível. A Teoria da Solidificação, juntamente com o algoritmo incremental desenvolvido por Bazant e Prasannan ([1], [2]), permitem resolver esse problema. Esse artigo apresenta a adaptação desse algoritmo em um programa de elementos finitos (ANSYS), considerando a fluência e, também a retração, conforme formulado pelo Código Modelo CEB-FIP 1990 [3]. Os resultados comprovam que as deformações previstas por esta adaptação estão em conformidade com a solução analítica dada pelo CEB-FIP MC90, incluindo situações em que as cargas são aplicadas ao longo de diferentes idades do concreto.

Proyectos de ingeniería como excavaciones, cimentaciones y/o estabilización de taludes, cada día requieren estudios más exigentes que implementen análisis en elementos finitos para obtener resultados más precisos y confiables, esto sólo es posible garantizando la calidad de la información utilizada y definiendo adecuadamente el modelo constitutivo que mejor represente el comportamiento del suelo. Ya sea el modelo Mohr Coulomb, Cam Clay, Hardening Soil u otros disponibles, la obtención de parámetros de entrada con técnicas convencionales de exploración requieren de ejecutar múltiples ensayos que en algunas ocasiones resultan costosos. Por esta razón, los ensayos con técnicas avanzadas de exploración como la prueba de penetración de cono con medición de presión de poros CPTu, representa una buena alternativa para caracterizar el suelo de forma rápida y detallada. Este artículo presenta la obtención de parámetros del modelo Hardening Soil a partir del ensayo CPTu y su validación con resultados de ensayos de laboratorio.

La mecánica del daño continuo describe el deterioro progresivo de las propiedades mecánicas de los materiales a partir de un modelo fenomenológico. En este trabajo se presenta la formulación, implementación y validación de un modelo de daño escalar aplicado a elementos sólidos tridimensionales. Se trata de un modelo de gran versatilidad definido a partir de una superficie de falla y una variable de daño escalar. Su campo de aplicación es la modelación numérica de materiales elásticos isótropos con degradación de la rigidez cuya tensión límite a tracción es igual a la de compresión. El modelo queda definido a partir de cuatro propiedades del material determinables en un ensayo Tensión-Desplazamiento. El modelo es implementado en el software ABAQUS por medio de una subrutina UMAT. Para la resolución de las ecuaciones de equilibrio no lineal se propone un algoritmo de tipo implícito (Método de Backward Euler). La validación a esfuerzos de tracción muestra una adecuada correlación entre los resultados numéricos y los experimentales, con una dispersión de la energía disipada del 6%. Finalmente, se presenta un ejemplo de aplicación. Los resultados alcanzados demuestran que se trata de una herramienta sencilla y, a la vez, poderosa para el análisis numérico de materiales frágiles. Continuum Damage Mechanics describes the progressive degradation of the material properties based on a phenomenological model. This work presents the formulation, implementation and validation of a scalar damage model applied to three-dimensional solid elements. It is a highly versatile model defined from a fault surface and a scalar damage variable. Isotropic elastic materials with softening behavior and a single threshold surface can be simulated by this model. Four parameters are necessary to define the model and they derive from the classical stress-strain test. The model is implemented through a user-defined UMAT subroutine in software ABAQUS. The non-linear equilibrium equations are solved by an implicit algorithm based on the Backward Euler Method. The tensile stress validation shows an adequate correlation between the numerical and experimental results, with a 6% dispersion of dissipated energy. Finally, an illustrative example is presented. The results show that it is a simple but powerful tool for the numerical analysis of brittle materials. Fil: González del Solar, Gerardo Andrés. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina Fil: Martín, P.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina Fil: Maldonado, N.. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Mendoza. Centro Regional de Desarrollos Tecnológicos para la Construcción, Sismología e Ingeniería Sísmica; Argentina