3-D reconstruction by extended depth-of-field in failure analysis - Case study II: Fractal analysis of interlaminar fracture in carbon/epoxy composites

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

3-D reconstruction by extended depth-of-field in failure analysis - Case study I: Qualitative fractographic investigation of fractured bolts in a partial valve

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Three-dimensional visualization of human hemoglobin phenotypes with HPLC

Hemoglobinopathies were included in the Brazilian Neonatal Screening Program on June 6, 2001. Automated high-performance liquid chromatography (HPLC) was indicated as one of the diagnostic methods. The amount of information generated by these systems is immense, and the behavior of groups cannot always be observed in individual analyses. Three-dimensional (3-D) visualization techniques can be applied to extract this information, for extracting patterns, trends or relations from the results stored in databases. We applied the 3-D visualization tool to analyze patterns in the results of hemoglobinopathy based on neonatal diagnosis by HPLC. The laboratory results of 2520 newborn analyses carried out in 2001 and 2002 were used. The Fast, F1, F and A peaks, which were detected by the analytical system, were chosen as attributes for mapping. To establish a behavior pattern, the results were classified into groups according to hemoglobin phenotype: normal (N = 2169), variant (N = 73) and thalassemia (N = 279). 3-D visualization was made with the FastMap DB tool; there were two distribution patterns in the normal group, due to variation in the amplitude of the values obtained by HPLC for the F1 window. It allowed separation of the samples with normal Hb from those with alpha thalassemia, based on a significant difference (P > 0.05) between the mean values of the Fast and A peaks, demonstrating the need for better evaluation of chromatograms; this method could be used to help diagnose alpha thalassemia in newborns.

Influence of voids in the hybrid layer based on self-etching adhesive systems: a 3-D FE analysis

The presence of porosities at the dentin/adhesive interface has been observed with the use of new generation dentin bonding systems. These porosities tend to contradict the concept that etching and hybridization processes occur equally and simultaneously. Therefore, the aim of this study was to evaluate the micromechanical behavior of the hybrid layer (HL) with voids based on a self-etching adhesive system using 3-D finite element (FE) analysis. Three FE models (Mr) were built: Mr, dentin specimen (41x41x82 μm) with a regular and perfect (i.e. pore-free) HL based on a self-etching adhesive system, restored with composite resin; Mp, similar to M, but containing 25% (v/v) voids in the HL; Mpp, similar to Mr, but containing 50% (v/v) voids in the HL. A tensile load (0.03N) was applied on top of the composite resin. The stress field was obtained by using Ansys Workbench 10.0. The nodes of the base of the specimen were constrained in the x, y and z axes. The maximum principal stress (σmax) was obtained for all structures at the dentin/adhesive interface. The Mpp showed the highest peak of σmax in the HL (32.2 MPa), followed by Mp (30 MPa) and Mr (28.4 MPa). The stress concentration in the peritubular dentin was high in all models (120 MPa). All other structures positioned far from voids showed similar increase of stress. Voids incorporated into the HL raised the σmax in this region by 13.5%. This behavior might be responsible for lower bond strengths of self-etching and single-bottle adhesives, as reported in the literature.

Influence of buccal cusp reduction when using porcelain laminate veneers in premolars. A comparative study using 3-D finite element analysis

Objectives: Based on a maxillary premolar restored with laminate veneer and using the 3-D finite element analysis (FEA) and mCT data, the aim of this study was to evaluate the influence of different types of buccal cusp reduction on the stress distribution in the porcelain laminate veneer and in the resin luting cement layer. Methods: Two 3-D FEA models (M) of a maxillary premolar were built from mCT data. The buccal cusp reduction followed two configurations: Mt-buccal cusp completely covered by porcelain laminate veneer; and Mp-buccal cusp partially covered by porcelain laminate veneer. The loading (150 N in 458) was performed on the top of the buccal cusp. The finite element software (Ansys Workbench 10.0) was used to obtain the maximum shear stress (σmax) and maximum principal stress (σmax). Results: The Mp showed reduced the stress (σmax) in porcelain laminate veneer (from-2.3 to 24.5 MPa) in comparison with Mt (from-5.3 to 27.4 MPa). The difference between the peak and lower stress values of σmax in Mp (-6.8 to 26.7 MPa) and Mt (-5.3 to 27.4 MPa) was similar for the resin luting cement layer. The structures not exceeded the ultimate tensile strength or the shear bond strength. Conclusions: Cusp reduction did not affect significant increase in σmax and τmax. The Mt showed better stress distribution (τmax) than Mp. © 2011 Published by Elsevier Ireland on behalf of Japan Prosthodontic Society.

3-D Space Vector PWM implementation for Four-Leg Voltage Source Inverter

The Space Vector PWM implementation and operation for a Four-leg Voltage Source Inverter (VSI) is detailed and discussed in this paper. Although less common, four-leg VSIs are a viable solution for situations where neutral connection is necessary, including Active Power Filter applications. This topology presents advantages regarding the VSI DC link and capacitance, which make it useful for high power devices. Theory, implementation and simulations are also discussed in this paper. © 2011 IEEE.

Stress analysis in bone tissue around single implants with different diameters and veneering materials: A 3-D finite element study

The aimof this study was to evaluate the stress distribution on bone tissue with a single prosthesis supported by implants of large and conventional diameter and presenting different veneering materials using the 3-D finite elementmethod. Sixteenmodels were fabricated to reproduce a bone block with implants, using two diameters (3.75 × 10 mmand 5.00 × 10 mm), four different veneering materials (composite resin, acrylic resin, porcelain, and NiCr crown), and two loads (axial (200 N) and oblique (100 N)). For data analysis, the maximum principal stress and vonMises criterion were used. For the axial load, the cortical bone in allmodels did not exhibit significant differences, and the trabecular bone presented higher tensile stresswith reduced implant diameter. For the oblique load, the cortical bone presented a significant increase in tensile stress on the same side as the loading for smaller implant diameters. The trabecular bone showed a similar but more discreet trend. There was no difference in bone tissue with different veneering materials. The veneering material did not influence the stress distribution in the supporting tissues of single implant-supported prostheses. The large-diameter implants improved the transference of occlusal loads to bone tissue and decreased stress mainly under oblique loads.Oblique loading was more detrimental to distribution stresses than axial loading. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Empilhamento pelo método superfície de reflexão comum 2-D com topografia e introdução ao caso 3-D

O método de empilhamento sísmico CRS simula seções sísmicas ZO a partir de dados de cobertura múltipla, independente do macro-modelo de velocidades. Para meios 2-D, a função tempo de trânsito de empilhamento depende de três parâmetros, a saber: do ângulo de emergência do raio de reflexão normal (em relação à normal da superfície) e das curvaturas das frentes de onda relacionadas às ondas hipotéticas, denominadas NIP e Normal. O empilhamento CRS consiste na soma das amplitudes dos traços sísmicos em dados de múltipla cobertura, ao longo da superfície definida pela função tempo de trânsito do empilhamento CRS, que melhor se ajusta aos dados. O resultado do empilhamento CRS é assinalado a pontos de uma malha pré-definida na seção ZO. Como resultado tem-se a simulação de uma seção sísmica ZO. Isto significa que para cada ponto da seção ZO deve-se estimar o trio de parâmetros ótimos que produz a máxima coerência entre os eventos de reflexão sísmica. Nesta Tese apresenta-se fórmulas para o método CRS 2-D e para a velocidade NMO, que consideram a topografia da superfície de medição. O algoritmo é baseado na estratégia de otimização dos parâmetros de fórmula CRS através de um processo em três etapas: 1) Busca dos parâmetros, o ângulo de emergência e a curvatura da onda NIP, aplicando uma otimização global, 2) busca de um parâmetro, a curvatura da onda N, aplicando uma otimização global, e 3) busca de três parâmetros aplicando uma otimização local para refinar os parâmetros estimados nas etapas anteriores. Na primeira e segunda etapas é usado o algoritmo Simulated Annealing (SA) e na terceira etapa é usado o algoritmo Variable Metric (VM). Para o caso de uma superfície de medição com variações topográficas suaves, foi considerada a curvatura desta superfície no algoritmo do método de empilhamento CRS 2-D, com aplicação a dados sintéticos. O resultado foi uma seção ZO simulada, de alta qualidade ao ser comparada com a seção ZO obtida por modelamento direto, com uma alta razão sinal-ruído, além da estimativa do trio de parâmetros da função tempo de trânsito. Foi realizada uma nálise de sensibilidade para a nova função de tempo de trânsito CRS em relação à curvatura da superfície de medição. Os resultados demonstraram que a função tempo de trânsito CRS é mais sensível nos pontos-médios afastados do ponto central e para grandes afastamentos. As expressões da velocidade NMO apresentadas foram aplicadas para estimar as velocidades e as profundidades dos refletores para um modelo 2-D com topografia suave. Para a inversão destas velocidades e profundidades dos refletores, foi considerado o algoritmo de inversão tipo Dix. A velocidade NMO para uma superfície de medição curva, permite estimar muito melhor estas velocidades e profundidades dos refletores, que as velocidades NMO referidas as superfícies planas. Também apresenta-se uma abordagem do empilhamento CRS no caso 3-D. neste caso a função tempo de trânsito depende de oito parâmetros. São abordadas cinco estratégias de busca destes parâmetros. A combinação de duas destas estratégias (estratégias das três aproximações dos tempos de trânsito e a estratégia das configurações e curvaturas arbitrárias) foi aplicada exitosamente no empilhamento CRS 3-D de dados sintéticos e reais.

Migração 3-D Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB) pré-empilhamento no domínio da profundidade

O Feixe Gaussiano (FG) é uma solução assintótica da equação da elastodinâmica na vizinhança paraxial de um raio central, a qual se aproxima melhor do campo de ondas do que a aproximação de ordem zero da Teoria do Raio. A regularidade do FG na descrição do campo de ondas, assim como a sua elevada precisão em algumas regiões singulares do meio de propagação, proporciona uma forte alternativa na solução de problemas de modelagem e imageamento sísmicos. Nesta Tese, apresenta-se um novo procedimento de migração sísmica pré-empilhamento em profundidade com amplitudes verdadeiras, que combina a flexibilidade da migração tipo Kirchhoff e a robustez da migração baseada na utilização de Feixes Gaussianos para a representação do campo de ondas. O algoritmo de migração proposto é constituído por dois processos de empilhamento: o primeiro é o empilhamento de feixes (“beam stack”) aplicado a subconjuntos de dados sísmicos multiplicados por uma função peso definida de modo que o operador de empilhamento tenha a mesma forma da integral de superposição de Feixes Gaussianos; o segundo empilhamento corresponde à migração Kirchhoff tendo como entrada os dados resultantes do primeiro empilhamento. Pelo exposto justifica-se a denominação migração Kirchhoff-Gaussian-Beam (KGB). As principais características que diferenciam a migração KGB, durante a realização do primeiro empilhamento, de outros métodos de migração que também utilizam a teoria dos Feixes Gaussianos, são o uso da primeira zona de Fresnel projetada para limitar a largura do feixe e a utilização, no empilhamento do feixe, de uma aproximação de segunda ordem do tempo de trânsito de reflexão. Como exemplos são apresentadas aplicações a dados sintéticos para modelos bidimensionais (2-D) e tridimensionais (3-D), correspondentes aos modelos Marmousi e domo de sal da SEG/EAGE, respectivamente.

Análise de resolução em tomografia interpoços em 3-D

A aplicação de métodos de inversão aos dados de múltiplos levantamentos sísmicos interpoços permite a reconstrução de modelos de vagarosidade em 3-D de alta resolução adequados para monitoramento de processos de recuperação avançada de petróleo e caracterização de reservatórios. Entretanto, a falta de cobertura volumétrica uniforme de raios de levantamentos interpoços exige informação adicional ao sistema tomográfico para obtenção de soluções estáveis. A discretização do modelo em uma malha 3-D com células prismáticas triangulares e a decomposição em valores singulares são utilizadas para avaliar a reconstrução tomográfica em 3-D. O ângulo da projeção de modelos-alvo no subespaço ortogonal ao espaço nulo efetivo da matriz tomográfica é um critério adequado para se otimizar a malha de discretização do modelo interpretativo e a geometria de aquisição dos dados de modo a melhorar o condicionamento da reconstrução tomográfica. Esta abordagem pode ser utilizada durante as iterações lineares para redefinir a malha ou avaliar a necessidade de informação a priori adicional ao sistema tomográfico.

Modelagem direta de dados de eletrorresistividade 3-D

Dentre os métodos geofísicos, o da Eletrorresistividade é um dos mais tradicionais, com o seu desenvolvimento ocorrido há mais de 80 anos. Durante esse tempo o seu uso acompanhou o avanço no poder de processamento numérico e mais recentemente, a modelagem e inversão tridimensional tornou-se uma possibilidade para o geofísico. Apresentamos, neste trabalho, a técnica de elementos finitos aplicada ao método da eletrorresistividade 3-D, através do cálculo do potencial secundário. Para o desenvolvimento da metodologia, simulamos o levantamento do método da eletrorresistividade 3-D com os arranjos Dipolo-Dipolo e Schlumberger, visando medir as variações laterais e verticais da resistividade aparente do solo. Estes arranjos consistem na injeção de corrente elétrica na superfície e de medidas de diferenças de potencial elétrico, resultante da interação da corrente elétrica com o solo. Sendo que, as fontes e receptores são localizados de acordo com os arranjos escolhidos para o levantamento. Neste trabalho, as curvas de sondagem e as pseudo-secções de resistividade aparente, são obtidas através da modelagem de eletrorresistividade 3-D, usando malha de elementos finitos regular. Para efeito de validação, os resultados são comparados com a resposta 3-D obtida a partir dos potenciais totais.

3-D Technology Used to Accurately Understand Equine Ileocolonic Aganglionosis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Modeling 3-D desiccation soil crack networks using a mesh fragmentation technique

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)