Otimização em dois níveis da orientação e da topologia de cascas laminadas

Este trabalho é uma contribuição para o conhecimento de metodologias de projeto de estruturas de material composto, aplicando métodos de otimização estrutural a cascas laminadas e apresentando uma estratégia em dois níveis. No primeiro nível é realizada a minimização da flexibilidade da estrutura, tendo como variável de projeto a orientação de cada lâmina da estrutura. Utiliza-se Programação Linear Seqüencial (SLP) e direção de tensão principal para otimização da orientação. No segundo nível minimiza-se o volume de cada lâmina, usando a flexibilidade total da estrutura como restrição e a densidade relativa como variável de projeto, também através de SLP. Para evitar aparecimento de áreas com densidades intermediárias, utiliza-se um Método de Continuação, dividindo o nível de otimização topológica em duas ou mais etapas. As formulações desenvolvidas permitem a solução de problemas com múltiplos casos de carregamento. Para a solução da equação de equilíbrio de casca laminada, utiliza-se um elemento finito de casca degenerado de oito nós com integração explícita na direção da espessura. A implementação desse elemento é feita de modo a facilitar a obtenção das derivadas da matriz de rigidez, necessárias na linearização das funções objetivo e restrições. Evita-se assim o uso de derivadas numéricas. Resultados para vários tipos de estrutura são apresentados, incluindo comparações entre diferentes carregamentos, condições de contorno, número de lâminas, espessuras, etc. As soluções obtidas, formas de análise e possíveis aplicações são discutidas.

Aspectos algébricos de sistemas dinâmicos

Este trabalho trata o problema genérico da obtenção analítica exata das variedades algébricas que definem domínios de estabilidade e multiestabilidade para sistemas dinâmicos dissipativos com equações de movimento definidas por funções racionais. Apresentamos um método genérico, válido para qualquer sistema dinâmico, que permite reduzir a análise de sistemas multidimensionais arbitrários à análise de um sistema unidimensional equivalente. Este método é aplicado ao mapa de Hénon, o exemplo paradigmático de sistema multidimensional, para estudar a estrutura aritmética imposta pela dinâmica das órbitas de períodos 4, 5, e 6, bem como seus domínios de estabilidade no espaço de parâmetros. Graças à obtençao de resultados analíticos exatos, podemos explorar pela primeira vez as peculariedades de cada um dos períodos mencionados. Algumas das novidades mais marcantes encontradas são as seguintes: Para período 4, encontramos um domínio de multiestabilidade caracterizado pela coexistência de duas órbitas definidas em corpos algébricos distintos. Observamos a existência de discontinuidades na dinâmica simbólica quando os parâmetros são mudados adiabáticamente ao longo de circulações fechadas no espaço de parâmetros e explicamos sua origem algébrica. Publicamos tais resultados em dois artigos: Physica A, 295, 285-290(2001) e Physical Review E, 65, 036231 (2002). Para período 5, obtivemos a variedade algébrica que define o "camarão" (shrimp) característico, obtemos uma expressão analítica para todas as órbitas de período 5, classificamos todas as singulariedades presentes no espaço de parâmetros e analisamos todas as mudanças que ocorrem ao circular-se em torno de tais singulariedades. Para período 6, da expressão analítica que fornece todas as órbitas, encontramos um resultado muito surpreendente, o mais notável desta dissertação: a possibilidade de coexistência de órbitas reais e complexas estáveis, para valores reais dos parâmetros físicos. Resultados preliminares parecem indicar serem tais órbitas complexas uma espécie de órbitas fantasmas, com semelhanças as órbitas encontradas por Gutzwiller para sistemas Hamiltonianos (não- dissipativos).

Estudo da influência de manejos pós-colheita na incidência de fungos e micotoxinas no arroz (Oryza sativa L.)

Cerca de 15% da safra de arroz é perdida anualmente, principalmente em práticas inadequadas de pós-colheita. Nesse contexto, a avaliação de técnicas de secagem e armazenamento é necessária em função das perdas quali e quantitativas de grãos, resultantes do desenvolvimento de fungos. O objetivo desse trabalho foi analisar a contaminação fúngica e por micotoxinas do arroz submetido aos sistemas de secagem intermitente e estacionário, com armazenamento em sacaria e em silo-secador, avaliando o comportamento das principais variáveis de influência no processo. O trabalho foi realizado entre os meses de maio de 2003 a maio de 2004. As amostras de arroz com casca foram coletadas a cada dois meses, em duplicatas. Foram, ainda, analisadas amostras de arroz branco polido e parboilizado de ambos sistemas. O número de colônias de bolores e leveduras foi determinado e a capacidade produtora de micotoxinas dos isolados do gênero Aspergillus foi investigada. A detecção de aflatoxinas, ocratoxina A, zearalenona e citrinina foi realizada por cromatografia em camada delgada. Os grãos secados no sistema estacionário apresentaram maior contagem de colônias fúngicas. Enquanto no sistema intermitente, a contaminação foi mais uniforme ao longo do armazenamento. Predominaram representantes do gênero Penicillium nos dois sistemas, principalmente P. commune e P. islandicum. Entre os isolados do gênero Aspergillus, destacou-se A. flavus. Foram encontrados 7 (13, 20%) isolados de A.flavus produtores de aflatoxina B1, mas não foram detectadas micotoxinas nas amostras. A umidade dos grãos afetou significativamente a contaminação fúngica no manejo intermitente e no terço superior (altura 2) do silo-secador. A temperatura no interior do silo influenciou a contaminação no terço inferior (altura 1).

Estudo da corrosão do aço, induzida por carbonatação, em concretos com adições minerais

As pesquisas com o concreto buscam cada vez mais alternativas para melhorá-lo em desempenho, não apenas nas resistências mecânicas, mas também e principalmente quanto à sua durabilidade. Para isso, a utilização das adições minerais nos concretos, principalmente a partir da década de 80, no Brasil, passaram a fazer parte dos experimentos, em função dos benefícios que trazem para minimizar os problemas patológicos de deterioração do material. No entanto, estudos em concretos com essas adições precisam ser melhor investigados, especialmente na proteção da armadura contra a corrosão. Em vista disso, o presente trabalho teve como objetivo principal avaliar o desempenho dos concretos com e sem adições minerais frente à corrosão do aço induzida por carbonatação acelerada. Foram pesquisados, nas relações água/aglomerante (a/ag) nominais de 0,50, 0,60 e 0,70, cinco tipos de concreto, sendo quatro com adições minerais (substituição em massa): cinza volante 25% e 50%, cinza de casca de arroz 25% e escória granulada de alto-forno 70% e um sem adição: 100% cimento CPV-ARI, tomado como referência. Os concretos foram curados por 49 dias em câmara úmida e, em seguida, passaram por um processo de précondicionamento para equilíbrio de umidade interna até completarem 91 dias, segundo recomendações da RILEM-TC116/1999. O processo da corrosão foi induzido por carbonatação (10% de CO2 em volume) e acelerado por ciclos de molhagem/secagem, sendo avaliado através das técnicas eletroquímicas do potencial de corrosão e resistência de polarização bem como do ensaio de perda de massa gravimétrica. Também foram realizados os ensaios complementares de resistência à compressão axial, permeabilidade a gases, absorção capilar d’água, profundidade de carbonatação e pH. Os resultados mostraram que os concretos feitos com adições minerais, principalmente aqueles com altos teores (cinza volante/50% e escória/70%), apresentaram menor proteção para o aço contra a corrosão, quando comparados com o concreto de referência, feito somente com cimento. Portanto, no contexto das presentes condições experimentais, concluiu-se que os concretos com os tipos e teores de adições minerais estudados, para resistências à compressão ≤ 40 MPa e relações a/ag ≥ 0,50, não apresentaram desempenhos adequados no tocante à corrosão do aço induzida por carbonatação, necessitando, no entanto, de mais experimentos que comprovem tal comportamento para concretos em estruturas reais.

Avaliação nutricional de ratos Wistar de 21 dias de idade cujas mães foram alimentadas com dietas contendo farelo de arroz

O farelo de arroz (FA) é constituido a partir do processo de beneficiamento do arroz, onde são extraídos do grão o germe, a película e a casca, ou seja, o maior conteúdo nutricional do grão se transforma em farelo. O farelo de arroz possui todos os aminoácidos essenciais, com exceção da lisina que se encontra em quantidade insuficiente. Também contém substâncias químicas com efeito hipocolesterolêmico, podendo se tornar um grande aliado contra as doenças cardiovasculares. Considerando a importância da nutrição no desenvolvimento e na organização do sistema nervoso central e seu reflexo nos processos de aprendizagem e memória faz-se necessários estudos sobre o efeito nutricional do farelo de arroz, pois o mesmo está sendo utilizado como suplemento alimentar na merenda escolar em escolas municipais da região centro-sul do estado (Camaquã, São Lourenço do Sul, Pelotas, e outros municípios adjacentes). Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito nutricional e hipocolesterolêmico do farelo de arroz sobre o desenvolvimento de ratos Wistar lactentes. Foram utilizados filhotes de ratas Wistar no período pós-natal, cujas mães receberam durante 21 dias as seguintes dietas: dieta comercial (dieta controle), dieta com FA soja c/lis, FA soja s/lis, FA c/lis e FA s/lis, ração e água ad labitum. As avaliações ponderais e bioquímicas foram realizada nos filhotes no 21º dia de vida e no final do período de lactação. Os resultados obtidos a partir das dosagens bioquímicas e avaliação ponderal foi possível observar algumas alterações que provocaram um atraso no crescimento e desenvolvimento dos filhotes, devido à desnutrição em que eles se apresentaram, quando suas mães foram submetidas à dieta com 92% de farelo de arroz (FA s/lis). Quando adicionado lisina à dieta houve uma resposta positiva, melhorando o quadro nutricional dos animais, porém muito inferior ainda em relação à dieta comercial. A suplementação de proteína de soja (92% pureza) restabeleceu o crescimento e desenvolvimento físico dos filhotes. Sendo assim, as dietas influenciaram diretamente a composição do leite materno, refletindo no estado nutricional dos filhotes.

Simulação computacional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio

A análise do comportamento estrutural sob incêndio constitui uma parte importante da engenharia de proteção contra incêndio, especialmente no caso de estruturas de aço, por sua alta condutividade térmica e relativa esbeltez das seções. As dificuldades econômicas e práticas, associadas à avaliação do comportamento estrutural, por meio de ensaios em escala real, têm estimulado o desenvolvimento e uso de métodos de simulação numérica. Esta tese trata da simulação numérica do comportamento de estruturas de aço sob condições de incêndio e se divide em três partes. As duas primeiras partes foram desenvolvidas na Universidade de Liége, na Bélgica, usando-se o programa SAFIR como ferramenta numérica. A terceira parte foi desenvolvida de forma independente, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Na primeira parte, é feito um estudo comparativo entre o uso de elementos finitos de viga e de casca, na modelagem de vigas simplesmente apoiadas, sujeitas a flambagem lateral por torção. Os esforços de torção, presentes no caso de flambagem lateral, podem levar a uma plastificação da seção transversal e à conseqüente redução da rigidez à torção da seção. Da mesma forma, a degradação das propriedades do material, com o aumento da temperatura, leva à redução da rigidez à torção Havia dúvidas se o modelo com elementos de viga, com uma rigidez à torção constante, poderia fornecer uma resposta aceitável. O estudo mostrou que uma resposta com boa precisão pode ser conseguida, usando-se elementos de viga, desde que o módulo de elasticidade transversal seja ajustado para refletir seu valor correspondente à temperatura de falha. Isso implica um processo iterativo, uma vez que a temperatura de falha não é previamente conhecida. Por outro lado, a degradação da rigidez à torção, por efeitos de plastificação, pode ser ignorada. Na segunda parte, é feita a comparação entre as modelagens bidimensional e tridimensional, de galpões industriais de um andar, sob incêndio. Comumente, a estrutura de galpões industriais é composta por pórticos-tipo, dispostos em paralelo. A análise desses galpões é comumente feita pela simulação no plano do pórtico de aço ou, simplesmente, da treliça da cobertura Na análise bidimensional, importantes efeitos fora do plano são ignorados, como a redistribuição de esforços devido à degradação do material ou à expansão térmica, ou instabilidade lateral dos elementos. A importância desses efeitos e a adequabilidade do modelo 2D para representar o comportamento real são discutidas. Na terceira parte, um modelo numérico para a simulação tridimensional do comportamento de estruturas de aço sob incêndio é apresentado. O modelo é baseado no conceito de rótulas plásticas generalizadas, com modificações para melhor representar a formação e expansão da plastificação no elemento. A descrição cinemática adotada permite obter bons resultados, mesmo com o uso de poucos elementos. A determinação do vetor de esforços internos no elemento, incluindo os efeitos da temperatura, é detalhada. O procedimento foi validado por comparação com ensaios e com modelos numéricos mais sofisticados, como o programa SAFIR. Os resultados demonstram que o procedimento proposto pode ser usado como uma forma alternativa de análise 3D de estruturas sob incêndio, com precisão razoável e baixo esforço computacional.

Poliuretanas a partir de polióis de óleo de soja

O desenvolvimento de novos materiais a partir de fontes naturais renováveis tem crescido muito, não somente devido às questões relacionadas aos problemas ambientais, mas também pelo fato desses materiais poderem apresentar propriedades diferenciadas daqueles de origem petroquímica. Os óleos vegetais, formados por triglicerídeos de ácidos graxos, fornecem uma excelente plataforma para síntese de materiais poliméricos. O objetivo deste trabalho foi o estudo da preparação e da relação estrutura-propriedade de poliuretanas (PUs) obtidas a partir de polióis de óleo de soja. A influência da funcionalidade do poliol de óleo de soja (índice de OH mgKOH/g), da estrutura química do diisocianato (cadeia rígida -diisocianato de tolileno-TDI e 4,4-diisocianato de difenilmetano-MDI ou flexível -1,6-diisocianato de hexametileno-HDI) - e das condições reacionais (tempo e temperatura) foram investigadas. As poliuretanas foram caracterizadas através de análises dinâmico-mecânicas (DMTA) e termogravimétricas (TGA), testes de inchamento, dureza e densidade. Poliuretanas obtidas a partir de polióis de óleo de soja com funcionalidade de 1,9 a 3,2, resultaram em materiais termofixos com diferentes densidades de reticulação e temperaturas de transição vítrea. As poliuretanas preparadas com isocianatos aromáticos MDI e TDI apresentaram maior Tg que o polímero obtido com o isocianato de cadeia flexível (HDI). Neste trabalho, também foram obtidos compósitos de poliuretanas preparadas a partir de polióis de óleo de soja e TDI com cargas naturais. Utilizou-se o xisto retortado, em diferentes porcentagens mássicas, e a cinza de casca de arroz com porcentagem mássica de 10%. As propriedades desses compósitos foram avaliadas através de ensaios de tensão-deformação e testes de dureza. Análise em microscópio eletrônico de varredura foi utilizada para observar a interação polímero/carga. O compósito preparado com 10% de cinza de casca de arroz apresentou uma melhor interação com a matriz polimérica quando comparado ao xisto retortado.

Desempenho produtivo e comportamento de vacas holandesas com a utilização de duas fontes protéicas na alimentação

O trabalho experimental foi desenvolvido em uma propriedade de produção leiteira no município de Camargo, na região fisiográfica denominada de Planalto Médio do RS, com o objetivo de estudar e quantificar o efeito da substituição do componente protéico (farelo de soja) da ração, comumente fornecida aos animais, por pastejo controlado de trevo branco (Trifolium repens L.) em animais mantidos em pastagens de azevém (Lolium multiflorum L.), na performance produtiva, comportamento e qualidade do leite de vacas holandesas. Para tal, foram utilizados dois grupos de animais agrupados de forma homogênea após estratificação por produção, período de lactação e peso corporal, em um delineamento experimental completamente casualizado em blocos. Os dois grupos eram mantidos em pastagens de azevém, por um determinado período de tempo durante o dia (aproximadamente 5 horas). Um grupo recebia diariamente 3 kg de suplemento energético constituído de farelo de milho, farelo de trigo, casca de soja e sal mineral (subtraída de farelo de soja) e tinha acesso controlado à pastagem de trevo branco (aproximadamente 2,5 horas), denominado tratamento TB; outro recebia a mesma quantidade de suplemento, adicionada de quantidade de proteína equivalente ao consumo diário no tratamento anterior via trevo, na forma de farelo de soja, denominado tratamento FS. As medições eram realizadas em avaliações quinzenais, procedendo-se controles leiteiros individuais, medidas de perímetro torácico, coletas de amostras de sangue e leite dos animais e registro de atividades dos animais em pastejo. Os resultados demonstraram semelhanças significativas entre os dois tratamentos, para a maioria das variáveis estudadas, com exceção do teor de proteína do leite que foi maior para o tratamento TB, e os valores de teor de lactose, tempo de pastejo e freqüência de bocados maiores para o tratamento FS. Estes resultados indicam que a utilização do trevo branco, como fonte protéica para os animais, foi tecnicamente viável e eficiente.

Corrosão do aço induzida por íons cloreto : uma análise crítica das técnicas eletroquímicas aplicadas ao sistema aço-concreto com ou sem pozolana

O objetivo deste estudo foi investigar o processo de corrosão no aço embutido nos concretos com relação a/agl 0,40; a/agl 0,50 e a/agl 0,70, com substituição parcial do cimento por 30% de cinza da casca de arroz (CCA), 25% ou 50% de cinza volante (CV), expresso por massa de cimento, obtendo-se concretos convencionais com resistência mecânica variando entre 17 e 51 MPa, aos 28 dias de idade. O processo de corrosão foi induzido pelos íons cloreto, por exposição aos ciclos de imersão em solução com 3,5% NaCl e secagem ao ar, durante um longo período de exposição (5 anos). Foram apresentados os resultados obtidos das propriedades físicas (resistência mecânica à compressão axial, índice de vazios e absorção de água) e propriedades elétricas (queda ôhmica, resistência e capacitância do concreto e interfacial). Foram discutidas as técnicas eletroquímicas usadas para avaliar o processo de corrosão, tais como o monitoramento do potencial de corrosão (Ecorr), resistência de polarização (Rp), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e curvas de polarização. A técnica de interrupção de corrente foi usada para obter-se informações sobre a queda ôhmica no sistema. No presente estudo foram utilizados diferentes métodos de determinação da velocidade de corrosão (icorr), tais como Rp e EIS. Ambas as técnicas foram relativamente adequadas para a determinação do valor da icorr, quando o aço se encontrava no estado de corrosão ativa. O valor da icorr obtida pela extrapolação das retas de Tafel (retas tangentes às curvas de polarização) tendeu ser mais baixo. Observou-se que a técnica de Rp é relativamente simples, rápida e quantitativa, mas requer a determinação da compensação da queda ôhmica no sistema, o qual pode variar com o tempo de exposição, conteúdo de umidade, teor de íons cloreto e com o grau de hidratação. A técnica EIS pode fornecer informações precisas sobre a icorr, processo de difusão envolvido, heterogeneidade ou porosidade da matriz e interfaces do concreto. Todavia, pode criar um espectro de difícil interpretação, além de consumir muito tempo para a aquisição dos resultados. A dificuldade na técnica EIS ficou também relacionada com a obtenção direta da resistência de transferência de carga (Rt) no diagrama de Nyquist. A evolução do processo de corrosão pode ser mais bem avaliada pelo acompanhamento da diminuição da inclinação da curva log |Z| x log ƒ no diagrama de Bode, sendo esta diretamente proporcional à Rt. Para a análise dos dados de impedância, um circuito equivalente foi proposto, auxiliando na interpretação física do processo de corrosão acontecendo no sistema aço-concreto sem pozolana. Os resultados obtidos também demonstraram que os concretos com mais baixa relação a/agl estudada e com pozolana (30% CCA, 25% CV ou 50% CV, por massa de cimento) foram mais eficientes no controle da iniciação do processo de corrosão, induzida por íons cloreto, quando monitorado pela medida do Ecorr.

Uma extensão do protocolo CAN para aplicações críticas em sistemas distribuídos

Sistemas computacionais de tempo-real são tipicamente construídos a partir de primitivas de sincronização que fornecem uma noção do tempo no objetivo de coordenar a execução múltiplos fluxos de instruções em um processador. Quando o processamento é centralizado, a base de tempo destas primitivas é extraída do oscilador local da plataforma, permitindo que as ações do sistema sejam devidamente ordenadas, respeitando restrições de tempo e causalidade. No entanto, em sistemas distribuídos o problema não pode ser resolvido desta forma em decorrência de imperfeições nos dispositivos físicos. Diferenças mínimas na freqüência de osciladores fazem com que as bases de tempo dos componentes divirjam cada vez mais ao longo do tempo, dificultando ou até mesmo impossibilitando um ordenamento consistente de eventos. Por esta razão, sincronização de relógios é um serviço de fundamental importância, sobretudo em aplicações críticas, onde os níveis de confiabilidade exigidos são mais elevados. O presente trabalho consiste na proposta e implementação de uma plataforma de comunicação otimizada para sistemas de controle distribuídos, caracterizados por uma alta regularidade no comportamento da comunicação. O objetivo é propor uma solução em baixo nível com suporte para o projeto de sistemas distribuídos no domínio de aplicações críticas. A plataforma proposta, à qual foi atribuído o nome CASCA, sigla para “Communication Architecture for Safety- Critical Applications”, é de fato uma extensão time-triggered do protocolo CAN. Acima da camada de enlace do protocolo original foram projetados mecanismos sincronização de relógios e criação inicial da base de tempo, implementados na forma de uma combinação de hardware e software. Principais características da plataforma são jitter mínimo, uma base de tempo global essencialmente distribuída e particionamento temporal. Diferentes alternativas de projeto foram consideradas, observando com maior atenção a viabilidade de prototipação em dispositivos FPGA para fins de validação e aplicação imediata em plataformas reconfiguráveis. Como forma de validação da plataforma, um sistema elementar formado por três nodos foi sintetizado com sucesso em bancada obtendo-se como resultado uma base de tempo essencialmente distribuída com precisão menor do que um micro-segundo.

Análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados usando elementos finitos hexaédricos de oito nós com integração reduzida

Neste trabalho implementou-se o elemento hexaédrico com um ponto de integração para análise estática e dinâmica de placas e cascas de materiais compósitos laminados com ou sem enrijecedores. O elemento está livre de travamento volumétrico e travamento de cisalhamento, não apresentando modos espúrios. São também incluídos problemas com não-linearidade geométrica A matriz de rigidez e de massa são dadas de forma explícita, reduzindo o tempo computacional, especialmente na análise não-linear. Para evitar o travamento de cisalhamento as componentes de deformações são referidas a um sistema co-rotacional. O travamento volumétrico é também eliminado, já que a parte dilatacional (esférica) da matriz gradiente é avaliada apenas no ponto central do elemento. Para a solução das equações de equilíbrio na análise estática, utilizam-se um método direto baseado na eliminação de Gauss ou um método iterativo de gradientes conjugados com precondicionamento executado através da eliminação incompleta de Choleski. Para a análise dinâmica, as equações de equilíbrio são integradas através do método explícito ou implícito de Taylor-Galerkin ou do método implícito de Newmark. Para análise não-linear utiliza-se o Método Generalizado de Controle dos Deslocamentos. Através de exemplos numéricos demonstra-se a eficiência e o potencial do elemento tridimensional na análise linear e não-linear de placas e cascas de materiais laminados. Os resultados são comparados com trabalhos que utilizam diferentes elementos de placas e cascas.