Um modelo multiescala concorrente para representar o processo de fissuração do concreto.

Este trabalho propõe uma técnica de modelagem multiescala concorrente do concreto considerando duas escalas distintas: a mesoescala, onde o concreto é modelado como um material heterogêneo, e a macroescala, na qual o concreto é tratado como um material homogêneo. A heterogeneidade da estrutura mesoscópica do concreto é idealizada considerando três fases distintas, compostas pelos agregados graúdos e argamassa (matriz), estes considerados materiais homogêneos, e zona de transição interfacial (ZTI), tratada como a parte mais fraca entre as três fases. O agregado graúdo é gerado a partir de uma curva granulométrica e posicionado na matriz de forma aleatória. Seu comportamento mecânico é descrito por um modelo constitutivo elástico-linear, devido a sua maior resistência quando comparado com as outras duas fases do concreto. Elementos finitos contínuos com alta relação de aspecto em conjunto com um modelo constitutivo de dano são usados para representar o comportamento não linear do concreto, decorrente da iniciação de fissuras na ZTI e posterior propagação para a matriz, dando lugar à formação de macrofissuras. Os elementos finitos de interface com alta relação de aspecto são inseridos entre todos os elementos regulares da matriz e entre os da matriz e agregados, representando a ZTI, tornando-se potenciais caminhos de propagação de fissuras. No estado limite, quando a espessura do elemento de interface tende a zero (h ?0) e, consequentemente, a relação de aspecto tende a infinito, estes elementos apresentam a mesma cinemática da aproximação contínua de descontinuidades fortes (ACDF), sendo apropriados para representar a formação de descontinuidades associados a fissuras, similar aos modelos coesivos. Um modelo de dano à tração é proposto para representar o comportamento mecânico não linear das interfaces, associado à formação de fissuras, ou até mesmo ao eventual fechamento destas. A fim de contornar os problemas causados pela malha de elementos finitos de transição entre as malhas da macro e da mesoescala, que, em geral, apresentam diferenças expressivas 5 de refinamento, utiliza-se uma técnica recente de acoplamento de malhas não conformes. Esta técnica é baseada na definição de elementos finitos de acoplamento (EFAs), os quais são capazes de estabelecer a continuidade de deslocamento entre malhas geradas de forma completamente independentes, sem aumentar a quantidade total de graus de liberdade do problema, podendo ser utilizados tanto para acoplar malhas não sobrepostas quanto sobrepostas. Para tornar possível a análise em multiescala em casos nos quais a região de localização de deformações não pode ser definida a priori, propõe-se uma técnica multiescala adaptativa. Nesta abordagem, usa-se a distribuição de tensões da escala macroscópica como um indicador para alterar a modelagem das regiões críticas, substituindo-se a macroescala pela mesoescala durante a análise. Consequentemente, a malha macroscópica é automaticamente substituída por uma malha mesoscópica, onde o comportamento não linear está na iminência de ocorrer. Testes numéricos são desenvolvidos para mostrar a capacidade do modelo proposto de representar o processo de iniciação e propagação de fissuras na região tracionada do concreto. Os resultados numéricos são comparados com os resultados experimentais ou com aqueles obtidos através da simulação direta em mesoescala (SDM).

O nado de atletas de águas abertas: características do desempenho e da organização temporal das braçadas

A natação de águas abertas tem registrado aumento no número de competições e participantes em todo mundo. Acompanhando esta tendência têm sido desenvolvidos estudos para identificar as características físicas e as respostas fisiológicas dos atletas neste tipo de prova. Entretanto, são escassos estudos ao nível de análise comportamental, principalmente, em condições reais de distância e meio ambiente (mar). Foi objetivo deste estudo investigar as características de desempenho e da organização temporal das braçadas de nadadores de águas abertas. Mais especificamente, conhecer quais recursos os atletas de águas abertas lançam mão para atingir sua meta de vencer um percurso no mar no menor tempo possível. A amostra foi constituída por 23 atletas, com média de idade de 26,4(±3,2) anos. A tarefa foi nadar um trajeto de 1500 metros em forma de um circuito em mar aberto. Para a captação das variáveis relacionadas ao desempenho utilizou-se um GPS (Garmin modelo Fênix 3) e um cronômetro (FINIS modelo Accusplit Eagle AX602). O registro das imagens para captação dos dados relacionados à descrição da organização temporal das braçadas ocorreu em três pontos do trajeto: início (I) - 20 a 40 metros, meio (M) - 800 a 820 metros e final (F) - 1450 a 1470 metros. Foi utilizada uma filmadora (Nikon Coolpix S5300) afixada à embarcação. O software Kinovea 8.20 permitiu a análise quadro a quadro das braçadas. Foram consideradas variáveis dependentes relacionadas ao desempenho (tempo, velocidade e distância total percorrida, bem como, a frequência de braçadas em cada um dos três pontos do trajeto); aos aspectos variantes das braçadas (tempo total do ciclo, das braçadas, das fases aérea e aquática) e aos aspectos invariantes das braçadas (timing relativo das fases aérea e aquática e sua variabilidade). A análise de variância de medidas repetidas foi usada para comparar os três momentos da tarefa (I, M e F) para todas as variáveis, e a correlação de Pearson para analisar a magnitude das relações entre as variáveis de desempenho, enquanto o teste t de Student para medidas pareadas foi utilizado para comparar as possíveis diferenças entre os braços direito e esquerdo para cada um dos momentos e determinou-se como significância estatística α≤=0,05. Em relação ao desempenho, os resultados indicaram que os nadadores fizeram uso de frequência de braçada (Fb) diferente para os três momentos, sendo maior no I quando comparada ao M e F, e no M, menor que em F; estas mudanças foram acompanhadas por ajustes nos aspectos variantes como o tempo total do ciclo, das braçadas e das fases aérea e aquática. Ainda, nos três momentos os nadadores apresentaram simetria temporal entre as braçadas dos dois braços, apesar de as diferenças serem evidenciadas entre as fases das braçadas quando comparados os braços. Com relação aos aspectos invariantes detectou-se mudança do padrão de I para M e F da tarefa, sendo que em M e F os atletas utilizaram a mesma estrutura temporal. Quanto à variabilidade dos aspectos variantes e invariantes para as braçadas e as fases das braçadas, observou-se diminuição da magnitude ao longo da tarefa sendo que o braço esquerdo apresentou nos três momentos maior variabilidade que o direito. Assim, diante dos resultados, concluiu-se que os recursos utilizados por nadadores habilidosos para nadar em ambiente pouco estável, em condições reais de distância e meio ambiente (mar) compreendem a alteração do desempenho (Fb) associado a ajustes nos aspectos variantes, concomitantemente à alteração dos aspectos invariantes das braçadas, em função do momento da tarefa

A contribution on modeling methodologies for multibody systems.

Multibody System Dynamics has been responsible for revolutionizing Mechanical Engineering Design by using mathematical models to simulate and optimize the dynamic behavior of a wide range of mechanical systems. These mathematical models not only can provide valuable informations about a system that could otherwise be obtained only by experiments with prototypes, but also have been responsible for the development of many model-based control systems. This work represents a contribution for dynamic modeling of multibody mechanical systems by developing a novel recursive modular methodology that unifies the main contributions of several Classical Mechanics formalisms. The reason for proposing such a methodology is to motivate the implementation of computational routines for modeling complex multibody mechanical systems without being dependent on closed source software and, consequently, to contribute for the teaching of Multibody System Dynamics in undergraduate and graduate levels. All the theoretical developments are based on and motivated by a critical literature review, leading to a general matrix form of the dynamic equations of motion of a multibody mechanical system (that can be expressed in terms of any set of variables adopted for the description of motions performed by the system, even if such a set includes redundant variables) and to a general recursive methodology for obtaining mathematical models of complex systems given a set of equations describing the dynamics of each of its uncoupled subsystems and another set describing the constraints among these subsystems in the assembled system. This work also includes some discussions on the description of motion (using any possible set of motion variables and admitting any kind of constraint that can be expressed by an invariant), and on the conditions for solving forward and inverse dynamics problems given a mathematical model of a multibody system. Finally, some examples of computational packages based on the novel methodology, along with some case studies, are presented, highlighting the contributions that can be achieved by using the proposed methodology.

On the development of advanced techniques for mixed-elastohydrodynamic lubrification modelling of journal and sliding bearing systems.

The present thesis is focused on the development of a thorough mathematical modelling and computational solution framework aimed at the numerical simulation of journal and sliding bearing systems operating under a wide range of lubrication regimes (mixed, elastohydrodynamic and full film lubrication regimes) and working conditions (static, quasi-static and transient conditions). The fluid flow effects have been considered in terms of the Isothermal Generalized Equation of the Mechanics of the Viscous Thin Films (Reynolds equation), along with the massconserving p-Ø Elrod-Adams cavitation model that accordingly ensures the so-called JFO complementary boundary conditions for fluid film rupture. The variation of the lubricant rheological properties due to the viscous-pressure (Barus and Roelands equations), viscous-shear-thinning (Eyring and Carreau-Yasuda equations) and density-pressure (Dowson-Higginson equation) relationships have also been taken into account in the overall modelling. Generic models have been derived for the aforementioned bearing components in order to enable their applications in general multibody dynamic systems (MDS), and by including the effects of angular misalignments, superficial geometric defects (form/waviness deviations, EHL deformations, etc.) and axial motion. The bearing exibility (conformal EHL) has been incorporated by means of FEM model reduction (or condensation) techniques. The macroscopic in fluence of the mixedlubrication phenomena have been included into the modelling by the stochastic Patir and Cheng average ow model and the Greenwood-Williamson/Greenwood-Tripp formulations for rough contacts. Furthermore, a deterministic mixed-lubrication model with inter-asperity cavitation has also been proposed for full-scale simulations in the microscopic (roughness) level. According to the extensive mathematical modelling background established, three significant contributions have been accomplished. Firstly, a general numerical solution for the Reynolds lubrication equation with the mass-conserving p - Ø cavitation model has been developed based on the hybridtype Element-Based Finite Volume Method (EbFVM). This new solution scheme allows solving lubrication problems with complex geometries to be discretized by unstructured grids. The numerical method was validated in agreement with several example cases from the literature, and further used in numerical experiments to explore its exibility in coping with irregular meshes for reducing the number of nodes required in the solution of textured sliding bearings. Secondly, novel robust partitioned techniques, namely: Fixed Point Gauss-Seidel Method (PGMF), Point Gauss-Seidel Method with Aitken Acceleration (PGMA) and Interface Quasi-Newton Method with Inverse Jacobian from Least-Squares approximation (IQN-ILS), commonly adopted for solving uid-structure interaction problems have been introduced in the context of tribological simulations, particularly for the coupled calculation of dynamic conformal EHL contacts. The performance of such partitioned methods was evaluated according to simulations of dynamically loaded connecting-rod big-end bearings of both heavy-duty and high-speed engines. Finally, the proposed deterministic mixed-lubrication modelling was applied to investigate the in fluence of the cylinder liner wear after a 100h dynamometer engine test on the hydrodynamic pressure generation and friction of Twin-Land Oil Control Rings.